fisica - la radioactividad

5/13/2018 FISICA - La Radioactividad - slidepdf.com

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LA RADIACTIVIDAD

Autor: SILVIA BULBULIAN

COMITÉ DE SELECCIÓN

EDICIONES

DEDICATORIA

PREFACIO I. EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD

II. LA MATERIA

III. ¿SE PUEDE PRODUCIR LA RADIACTIVIDAD? IV. RADIACTIVIDAD EN LA NATURALEZA

V. ¿SE PUEDE TRANSFORMAR EL NÚCLEO DE UN ÁTOMO .....EN OTRO?

VI. LA RADIACTIVIDAD Y LA ESTIMACIÓN DE EDADES

VII. LA ENERGÍA Y EL NÚCLEO DEL ÁTOMO

VIII. EL REACTOR NUCLEAR DE OKLO

IX. LAS APLICACIONES DE LA RADIACTIVIDAD

GLOSARIO

BIBLIOGRAFÍA

COLOFÓN

CONTRAPORTADA

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/html/fisica.htm



COMITÉ DE SELECCIÓN

Dr. Antonio Alonso

Dr. Juan Ramón de la Fuente

Dr. Jorge Flores

Dr. Leopoldo García-Colín

Dr. Tomás Garza

Dr. Gonzalo Halffter

Dr. Guillermo Haro †

Dr. Jaime Martuscelli

Dr. Manuel Peimbert

Dr. Juan José Rivaud

Dr. Emilio Rosenblueth †

Dr. José Sarukhán

Dr. Guillermo Soberón

Coordinadora Fundadora:

Física Alejandra Jaidar †Coordinadora:

María del Carmen Farías



EDICIONES

la

ciencia/42

desde méxico

Primera edición, 1987

Quinta reimpresión, 1996

La Ciencia desde México es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecentambién sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior eInvestigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

D. R. © 1987, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V.

D. R. © 1995, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA

Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.

ISBN 968-16-2651-6

Impreso en México



DEDICATORIA

A mis amigos, sin cuya ayuda no hubiera podido hacer este libro.



PREFACIO

El descubrimiento de la radiactividad y de los elementos radiactivos naturales en los últimos años del siglopasado marcó el inicio de una serie de descubrimientos importantes que cambiaron completamente la ideaque se tenía sobre la estructura de la materia. Se tuvo que abandonar la noción que en el siglo XIX setenía del átomo como un objeto simple, compacto e indivisible en favor del concepto de una estructuramás compleja.

En 1896 el físico Henri Becquerel descubrió la radiación emitida por los minerales de uranio. Los estudiosque realizaron en ese año Pierre y Marie Curie sobre los minerales de uranio y torio condujeron aldescubrimiento de dos elementos: el polonio y el radio; estos elementos despertaron un gran interés poruna de sus principales características: emitir radiaciones muy penetrantes, a semejanza del uranio y eltorio. A esta propiedad del radio y otros elementos inestables de emitir energía en forma de radiación aldesintegrarse Marie Curie la llamo "radiactividad".

La radiactividad es una manifestación de que los núcleos que presentan este fenómeno son inestables; pormedio de ella esos átomos tienden a la estabilidad. En 1911, utilizando como herramienta una fuente depolonio emisora de radiación, Rutherford realizó experimentos que lo llevaron a proponer el modelo

nuclear del átomo, modelo que sentó las bases del conocimiento que se ha desarrollado actualmente sobrela estructura de la materia.

Los años treinta fueron también muy ricos en descubrimientos: en un periodo de siete años, sedescubrieron el electrón positivo, el neutrón, la radiactividad artificial y la fisión nuclear. La mayor partede los estudios fueron hechos en Francia, Inglaterra y Alemania; pero esto era de esperarse, ya que losgrandes descubrimientos no germinan repentinamente. Aunque el ingenio y la capacidad científica delsabio no se pueden sustituir, se requiere, además, que el dominio de la ciencia haya llegado a un grado demadurez suficiente y que se hayan formado investigadores en los institutos de investigación yuniversidades, que es donde se acumulan las tradiciones científicas. En este libro se desea presentar unabreve historia de estas experiencias acumuladas en diversas instituciones del mundo, haciendo hincapié

sobre todo en aquellos descubrimientos que han sido las piedras angulares sobre las que se han edificadolas teorías fundamentales de la ciencia. El desarrollo de la historia que se presenta es secuencial, como loseslabones de una cadena; es decir, se van enlazando los conocimientos presentados en un capítulo conaquellos de que se trata en el siguiente, sin que eso signifique en manera alguna que el relato estádesarrollado cronológicamente; todo lo contrario: en muchas ocasiones el lector tendrá que retrocedermentalmente muchos años para poder seguir la secuencia de la historia.



I. EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD

EN ESTE libro se reseña la historia de la radiactividad; su descubrimiento, hace menos de un siglo, fue elorigen de un desarrollo científico extraordinario en el campo de la física y la química, y en particular en elconocimiento del átomo y la materia. Anteriormente a este descubrimiento y durante mucho tiempo, se dioescasa o ninguna importancia al conocimiento de la materia, a la forma en que está constituida y a suscomponentes. El átomo significaba poco o nada aún a la mayoría de las personas que vivieron hace sólo 50años. Demócrito, quien nació aproximadamente en el año 470 a.C., fue el primer hombre que pensó en elátomo. Conjeturó que la materia de la naturaleza debía de estar formada por partículas muy pequeñas,indivisibles e invisibles, a las que llamó "átomos" y que consideró indestructibles. Supuso que los átomosde cada elemento eran diferentes en tamaño y forma y que eran esas diferencias las que hacían que cadaelemento tuviera diferentes propiedades. Esta manera de pensar, que ahora parece de gran actualidad, notrascendió en su época.

Los filósofos griegos no comprobaban experimentalmente sus teorías, sino que llegaban a susconclusiones por razonamientos sistemáticos; y en parte fue debido a esto que los escritos de Demócritodesaparecieron y sólo quedaron fragmentos de ellos. Pero hubo otra razón por la que fue olvidado, y esarazón fue la teoría de Aristóteles sobre la materia. Aristóteles creía que la materia estaba formada por

sustancias básicas llamadas "elementos": fuego, aire, tierra y agua, que, a diferencia de los átomos, sí sepodían ver y se podían sentir por el tacto. Las ideas de Aristóteles tuvieron más peso que las de Demócritoy gobernaron el conocimiento sobre la materia por casi 2 000 años.

A mediados del siglo XVII un francés, Pierre Gassendi, pensó nuevamente en los átomos. Las ideas deAristóteles estaban tan afianzadas en la mente de los escolásticos de esa época, que las obras de Gassendino fueron publicadas hasta después de su muerte, cuando ya no podían causarle daño. Posteriormente, losgrandes científicos europeos empezaron a creer cada vez más que toda la materia estaba formada porátomos tan pequeños que resultaban invisibles.

Ya en la última década del siglo pasado se conocía el electrón, y el alemán Roentgen hacía experimentos

con la luz fluorescente producida por los electrones. Construyó la pantalla fluorescente, una pieza decartón pintada con cierto compuesto químico de bario, de alta fluorescencia. Un día Roentgen descubrióque la pantalla brillaba aun cuando los electrones en ese momento no podían llegar hasta ella. Se diocuenta de que la fuente que tenía era el origen de otra nueva clase de rayos que penetraban el cartón; luegocolgó una hoja de metal entre el tubo y la pantalla de metal y siguió observando fluorescencia, aunquemenos intensa. Después metió su mano entre el tubo y la pantalla. Lo que vio debió de asustarlosobremanera: en la pantalla se veía el esqueleto de una mano. Al mover su mano el esqueleto se movía.Roentgen estaba viendo el esqueleto de su mano en vida. Fue enorme el impacto que causó eldescubrimiento de estos rayos, que él llamó X por desconocer de qué se trataban. No debe, pues,sorprendernos que en esa época mucha gente se dedicara a estudiarlos. Este descubrimiento nos acerca alpropósito de nuestro libro, que es la radiactividad.

LOS DESCUBRIDORES

Iniciemos nuestra historia con dos personajes que serán el origen de nuestro relato sobre la radiactividad;éstos son Martin Heinrich Klaproth, científico alemán, y Joens Jakob Berzelius, químico sueco. El primerodescubrió a fines del siglo XVIII el elemento uranio, y el segundo fue el descubridor del elemento tono,a principios del siglo XIX.

Klaproth separó en 1789 del mineral pechblenda el uranio, que es un polvo negro. A pesar de que desdeentonces se encontró que sus propiedades químicas eran muy diferentes a las de los elementos conocidos,durante mucho tiempo se le consideró, sin embargo, como un elemento de poca importancia y se utilizabaen raras ocasiones.



En esa época Klaproth se impresionó profundamente con el descubrimiento del planeta Urano, por lo quebautizó el elemento recién descubierto por él con el nombre de uranío.

Mucho tiempo después, en 1818, Joens Jakob Berzelius descubrió el torio al separarlo de un mineralconocido actualmente como torita. Ni Klaproth ni Berzelius sospecharon que los elementos descubiertospor ellos llegarían a ser tan importantes en el desarrollo del conocimiento de la ciencia y mucho menosque emanaran radiaciones de ellos. Este descubrimiento fue realizado en el uranio por Antoine HenriBecquerel en 1896.

Antoine Henri Becquerel

Este personaje de nuestra historia perteneció a una familia cuyos miembros se distinguieron en lainvestigación científica en los campos de la química y la física. Antoine Henri, hijo y nieto de doscientíficos notables, nació en París en 1852; estudió en la Escuela Politécnica, donde después fue profesor.

En París, en 1896, Becquerel descubrió accidentalmente la existencia de unos rayos desconocidos queprovenían de una sal de uranio. Notó que al poner en contacto el compuesto de uranio con una placafotográfica envuelta en papel negro, se producía el mismo efecto que si la placa estuviera en presencia delos rayos X. Le pareció sorprendente que de las sales de uranio emanaran radiaciones que afectaban lasplacas fotográficas cuando éstas se encontraban protegidas de la luz.

Becquerel pronto se dio cuenta de que las radiaciones provenientes del compuesto de uranio no eranoriginadas por una reacción química, y que al aumentar la concentración del uranio en el compuestoquímico se velaba más rápidamente la placa fotográfica que cuando la sal tenía menos uranio. Además,observó que el efecto producido no dependía de los otros elementos presentes en las sales de uranio. Todoesto lo hizo concluir que las emanaciones uránicas, como las llamó, eran independientes de la formaquímica en que se encontrara este elemento.

Era difícil para los científicos creer que emanaran radiaciones del uranio; pero esto fue sólo el principio:no sabían que todo se complicaría y que sería aún más difícil explicar los fenómenos que se seguiríandescubriendo.

Así pues, transcurrieron 107 años entre el descubrimiento del uranio (por Klaproth, en 1789) y el hallazgode que de este elemento emana radiaciones; a partir de entonces los nuevos descubrimientos sedesarrollaron con mucha rapidez. Pero no nos adelantemos a los hechos y sigamos conociendo a lospersonajes de esta historia.

Cuando Becquerel publicó los resultados de sus investigaciones sobre los rayos provenientes del uranio,los esposos Pierre y Marie Curie, sus amigos, se interesaron mucho en este fenómeno tan misterioso.Madame Curie pensó que ese tema le sería útil para desarrollar su tesis doctoral, con que culminaría susestudios en la Universidad.

Pierre y Madame Curie

Pierre Curie nació en París, Francia, en 1859. Fue hijo de un médico, Eugène Curie. El ambiente familiaren el que se crió le permitió desarrollar sus aptitudes de observación y de reflexión sobre los fenómenosnaturales. La educación que recibió produjo sus frutos: fue bachiller a los 16 años, licenciado en física alos 18 y a los 19 ayudante de laboratorio del profesor Desains en la Universidad de la Sorbona en París.Con la ayuda económica que le proporcionaba su modesto sueldo, pudo dedicarse a la investigacióncientífica, que tanto le interesaba. Su hermano Jacques, quien también era físico, pronto anunció eldescubrimiento, que ambos hicieron, del fenómeno de la "piezoelectricidad", que permitía medir conprecisión pequeñas cantidades de electricidad. Este fenómeno sería de gran utilidad en sus trabajosposteriores sobre la radiactividad. Posteriormente, dejó la Sorbona para trabajar como jefe de laboratorioen la Escuela de Física y Química de la ciudad de París. Allí continuó sus investigaciones, de gran



importancia; entre otras cosas, descubrió lo que ahora se conoce como la ley de Curie sobre elmagnetismo.

A pesar del gran entusiasmo con que Pierre Curie realizó sus investigaciones, durante mucho tiempo nomostró interés alguno por obtener títulos ni honores. No presentó su tesis doctoral, basada en susinvestigaciones sobre el magnetismo, hasta que cumplió 36 años, y eso sólo por la insistencia de su padre.

Pierre Curie conoció en París a Manya Sklodowska, quien en ese entonces estudiaba en la Sorbona, y pocotiempo después sería conocida en todo el mundo como Madame Marie Curie. (Fig. 1.)

Figura 1. Pierre y Marie Curie acompañados por su hija Irène y por el padre de Pierre, el Dr.Eugène Curie.

Manya Sklodowska nació en un antiguo barrio de Varsovia, Polonia, en 1867. Su madre había sido

directora de una escuela para señoritas, y su padre profesor de física y matemáticas. Manya fue una niñamuy precoz, en la escuela siempre fue la más pequeña de su grupo y además la que obtenía siempre elprimer lugar. La opresión zarista la condujo, como a muchos de sus compatriotas, a participar en unaorganización revolucionaria de estudiantes. Después de muchas vicisitudes y cambios en su vida, decidióseguir su vocación científica; así, se trasladó a París para ingresar en la Facultad de Ciencias de laUniversidad de la Sorbona. Con muchas privaciones obtuvo su licenciatura en ciencias físicas y un añodespués en ciencias matemáticas. Fue en ese tiempo cuando Pierre Curie y ella se conocieron, y en elverano de 1895 contrajeron matrimonio.

Mientras Pierre Curie continuaba con sus proyectos de investigación, Marie Curie empezaba a estudiar laradiactividad natural en diversos compuestos. Le interesaba investigar la posible existencia de otro

elemento radiactivo en la naturaleza, y lo encontró: el torio. Las propiedades de este elemento fuerondescubiertas simultáneamente por el alemán Gerhard Schmidt.

Marie presentó un informe en el que hacía constar que todos los compuestos de uranio y torio que habíaexaminado emitían radiaciones. Los esposos Curie se dieron cuenta pronto de la importancia de estosexperimentos y decidieron unir sus esfuerzos para investigar el fenómeno que producía las emanaciones deradiaciones de elementos como el uranio y el torio.

Todos los estudios que realizó Madame Curie sobre estas radiaciones le permitieron obtener su doctoradoen ciencias físicas en la Universidad de la Sorbona.

EL POLONIO Y EL RADIO



Los esposos Curie buscaron radiaciones ya no en los elementos puros, sino en los minerales de uranio enque este elemento está mezclado con otros metales y minerales. Por algún tiempo midieron la intensidadde las radiaciones emitidas por los minerales de uranio. Algunas muestras emitían radiaciones con unamayor intensidad que los compuestos de uranio puros. Sabían que el uranio era sólo parte del mineral queestaban estudiando y que el material estaba formado también por otros elementos. Existía, pues, sólo unaposibilidad: entre los materiales del mineral existía una sustancia que emitía radiaciones con unaintensidad mayor que el uranio.

Al iniciar sus estudios de un mineral de uranio llamado "pechblenda", Pierre y Madame Curie se dieroncuenta de que las radiaciones emitidas por este mineral eran más intensas que las que habían observado enlos compuestos puros de uranio. Así pues, Madame Curie empezó a separar por procesos químicos todoslos elementos. En cada paso del proceso de eliminación su muestra se volvía más pequeña, pero se dabacuenta que la intensidad de la radiación emanada era mayor, quedando un producto cuyas radiaciones erancientos de veces más intensas que las que emitía el uranio; se dio cuenta, además, de que las radiacionesemitidas eran capaces de atravesar el papel, la madera y hasta placas de metal.

Este producto contenía un elemento químico desconocido hasta entonces, que los Curie identificaron amediados de 1898 y llamaron polonio, en honor de la patria de Marie.

Una vez separado el polonio de los residuos del mineral, éstos seguían emitiendo radiaciones, por lo cual

los esposos Curie concluyeron que debían de contener aún otro elemento diferente al polonio y al uranio,pero con la misma propiedad de emitir radiaciones. Siguieron separando de estos residuos las fraccionesde material que no despedían radiaciones de aquellas que sí lo hacían. Finalmente llegaron a encontrar, enel mismo año, el elemento desconocido que era la fuente de las radiaciones misteriosas, y lo denóminaronradio.

A la propiedad que poseen el radio y otros elementos inestables de emitir radiaciones espontáneamente aldesintegrarse Marie Curie le dio el nombre de radiactividad.

La cantidad del compuesto de radio obtenido era tan pequeña y, además, tan impura, que no se podíandeterminar sus propiedades; ni siquiera pudieron encontrar su peso atómico. La única manera de resolver

ese problema era purificar y concentrar una cantidad considerablemente mayor que la que tenían de esenuevo elemento. Para llevar a cabo este proyecto era necesario partir de una gran cantidad del mineral depechblenda, que era su materia prima, tarea gigantesca que daría lugar a un sinnúmero de problemas tantoprácticos como teóricos.

Pierre y Marie Curie consiguieron una tonelada de desechos de mineral de pechblenda. Esos desechos yano tenían uranio, el cual se había eliminado previamente; pero allí se encontraba el radio todavía, y losesposos Curie iniciaron los trabajos para obtenerlo en la forma más pura posible. La extracción del nuevoelemento a partir del mineral era muy compleja y parecía más bien una labor industrial que de laboratoriocientífico. Para llevarla a cabo se requería un local muy grande, equipado adecuadamente y con personalaltamente especializado. Pero no contaban con ninguno de estos requisitos, y se lanzaron solos a esta

hazaña en un cobertizo desprovisto de comodidades, que les había proporcionado el director de la Escuelade Física y Química de la ciudad de París. La mayor parte del trabajo químico experimental fue realizadopor Marie, ya que su esposo dedicaba más tiempo a la parte teórica del trabajo y a la enseñanza. Marieefectuaba manipulaciones muy pesadas y en ocasiones manejaba hasta 20 kilogramos de materia prima.

Después de reducir la tonelada del desecho del mineral a unas cuantas fracciones de gramo, encontraronque éstas emitían cientos de miles de veces más radiaciones que el uranio puro, y que la intensidad delradio era tal que se veía su suave resplandor en la oscuridad. Los esposos Curie descubrieron, además, quela muestra resplandeciente se mantenía a una temperatura ligeramente mayor que la del laboratorio.

Finalmente, lograron extraer un compuesto de radio de una tonelada de residuos de pechblenda. El procesofue tan laborioso que se tardaron años en obtener una cantidad suficiente del elemento para determinar su



peso atómico y otras propiedades.

Como consecuencia de estos descubrimientos Pierre Curie fue invitado a Inglaterra a dar una conferenciasobre el radio, y también fueron condecorados él y su esposa, en Inglaterra, con la medalla "Davy". En1903, Pierre y Marie compartieron el premio Nobel de Física con su amigo Henri Becquerel.

Pero después, en 1906, murió Pierre Curie en un accidente, y la humanidad perdió así a uno de sus másgrandes científicos. Madame Curie, con el tesón que la caracterizaba, continuó sus investigaciones y tomóel lugar que había dejado su esposo. Desde el mismo año en que murió su esposo enseñó las materias que

él daba, mereciendo con ello el honor de ser la primera mujer que impartía cátedra en la Sorbona. Recopilótodos los trabajos realizados hasta entonces, y en 1910 publicó su famosa obra: Tratado de la

radiactividad. Logró aislar el radio en su estado más puro; fue un trabajo que requirió mucho esfuerzo yhabilidad, en virtud de las dificultades inherentes en el proceso. Por este trabajo, Marie Curie recibió susegundo premio Nobel, en esta ocasión el de Química.

EL INSTITUTO DEL RADIO

Madame Curie luchó con ahínco para tener un laboratorio que respondiera a las necesidades de susinvestigaciones: en 1914 se terminó la construcción del Instituto del Radio, pero en ese mismo año estallóla primera Guerra Mundial, y su inauguración tuvo que esperar hasta el final de ésta. En este laboratorio sehicieron trabajos de gran prestigio.

Marie siguió trabajando hasta el final de su vida con tesón y entusiasmo, a pesar de que sus problemas desalud eran cada vez más graves; ya durante la primavera de 1934 no le fue posible asistir al laboratorio, ymurió a mediados de ese mismo año. Sus parientes, amigos y compañeros de trabajo la acompañaron hastasu última morada, junto a la tumba de Pierre, en el cementerio de Sceaux.



II. LA MATERIA

AL DESCUBRIRSE la radiactividad los científicos empezaron a preguntarse la razón por la que lamuestra de radio que aislaron los esposos Curie se encontraba a mayor temperatura que el recinto en quese trabajaba. En realidad no comprendían el origen de las radiaciones emitidas por el uranio y los otroselementos radiactivos. Se dieron cuenta de que la energía se originaba en el átomo y que éste no tenía unaestructura sencilla como se pensaba.

MODELOS DEL ÁTOMO

Fue Joseph John Thomson quien, en 1907, propuso un modelo del átomo, al que visualizó como una esferacon carga positiva, distribuida en el volumen del átomo de aproximadamente 0.000 000 01 cm dediámetro. Supuso que partículas con cargas negativas, electrones, estaban dispersos en alguna formaordenada en esta esfera. Éste fue el primer modelo del átomo que trató de explicar su constitución. Peroeste modelo no fue capaz de explicar los experimentos que realizaba Ernest Rutherford, científiconeozelandés, quien utilizaba una fuente de polonio emisora de radiación alfa como herramienta pararealizar sus estudios.

ERNEST RUTHERFORD

Aparece en nuestra historia este personaje, a quien se debe un gran número de descubrimientos quecambiaron el rumbo de la ciencia; se le mencionará en varias ocasiones en este libro, pues la humanidadestá endeudada con él por su brillante imaginación y habilidad experimental demostradas en suinterpretación de la radiactividad. Rutherford nació en 1871 en Nueva Zelanda. Estudió alli matemáticas yciencia. Después ganó una beca para estudiar en Cambridge, Inglaterra. Tenía apenas 24 años cuando yarealizaba trabajo de postgrado en ondas electromagnéticas en el laboratorio Cavendish bajo la direccióndel profesor Thomson, ya conocido en esta historia. Después de trabajar en universidades de varios países,finalmente regresó a Cavendish, Cambridge, donde tomó el lugar de su maestro Thomson como profesorde física.

LAS RADIACIONES EMITIDAS POR LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Ernest Rutherford y su colaborador químico Frederick Soddy propusieron una teoría que describía elfenómeno de la radiactividad. A este proceso se le conoce ahora como decaimiento radiactivo. En 1902,explicaron la naturaleza de la radiactividad y encontraron que el átomo ya no podía considerarse como unapartícula indivisible; estudiaron los productos del decaimiento de un material radiactivo separadoquímicamente del resto de los elementos de donde provenía, y descubrieron que los materiales radiactivos,al emitir radiación, se transforman en otros materiales, ya sea del mismo elemento o de otro.

La radiación emitida por el uranio y otros elementos radiactivos resultó ser bastante compleja; estabaconstituida principalmente por tres componentes, a los cuales Rutherford les dio los nombres de alfa (α),beta (β) y gamma (γ ), respectivamente, tomados de las tres primeras letras del alfabeto griego.

Cuando se hacía pasar un haz de la radiación a través de un campo magnético, los científicos encontraronque una parte, los rayos alfa, se desviaba ligeramente en un sentido; otra parte, los rayos beta, se desviabafuertemente en el sentido contrario, y, finalmente, una tercera parte, los rayos gamma, no se desviaba.

Rutherford fue el primero en detectar los rayos alfa, y descubrió que, en presencia de campos magnéticos,se desvían en forma opuesta a la de los electrones. De aquí se concluyó que los rayos alfa tenían que estarcargados positivamente. Como además resultaban desviados sólo muy ligeramente, calcularon que debíande tener una masa muy grande; en efecto, resultó que tenían cuatro veces la masa del hidrógeno.Rutherford los identificó más tarde como átomos de helio cargados positivamente.



Becquerel demostró que los rayos beta consisten en electrones cargados negativamente, ya que se desvíanen el mismo sentido y en la misma proporción que éstos.

Finalmente, Rutherford y Audiade, otro colaborador suyo, descubrieron que los penetrantes rayos gammason en realidad radiaciones electromagnéticas parecidas a los rayos X y a la luz visible, pero de diferenteenergía.

¿Cómo podría explicarse la existencia de los elementos radiactivos si continuamente se estándesintegrando? Era de esperarse que se hubieran acabado. Fueron Rutherford y Soddy quienes contestaron

esta pregunta: observaron que para cada material radiactivo se podía asignar un tiempo en el que decaíanla mitad de los átomos de la actividad original; este tiempo recibió el nombre de vida media. Después dehaber transcurrido una vida media, sólo podían encontrar aproximadamente la mitad de la actividad quetenían originalmente; después de dos vidas medias, sólo la cuarta parte, y así sucesivamente, hasta que elmaterial radiactivo se perdía en su mayor parte (Fig. 2). Graficando la actividad de las radiaciones,encontraron que disminuía en el curso del tiempo y tenía una forma que los matemáticos llamanexponencial decreciente (Fig. 3).

Figura 2. Después de una vida media sólo se tiene la mitad, el 50%, de la actividad del materialradiactivo. Después de dos vidas medias sólo se tiene el 25%, y así sucesivamente, hasta que en lapráctica no se puede medir la actividad del material radiactivo.



Figura 3. Actividad de un isótopo radiactivo en función del tiempo transcurrido. Después de unavida media el isótopo radiactivo le queda sólo la mitad de su radiactividad.

Esta curva y su relación matemática expresa la rapidez con la que se transforma el material radiactivo enotro material, el proceso se llama decaimiento o desintegración radiactiva.

EL MODELO NUCLEAR DEL ÁTOMO

Uno de los experimentos de más trascendencia de Rutherford y sus colegas, y el que tal vez ayudó más alos científicos a comprender la estructura atómica, consistió en utilizar partículas alfa emanadas de unafuente radiactiva para bombardear una lámina delgada de material. Las partículas alfa incidían en unaplaca fotográfica después de haber atravesado la placa de metal. Casi todas ellas traspasaban la hoja demetal sin cambiar su dirección, y pocas partículas rebotaban en diversas direcciones; esto último lo dedujoRutherford por los bordes de las manchas en la placa, que no se veían nítidos, sino todo lo contrario: seobservaba una zona difusa (Fig. 4).

Figura 4. Las partículas emitidas por la fuente radiactiva se desvían al pasar a través de una hojametálica. El grado de desviación queda registrado cuando las partículas chocan con la placafotográfica.

Estos experimentos, aparentemente tan sencillos, cuyos resultados pudieron haber pasado inadvertidos



para muchos, fueron muy significativos para Rutherford, quien obtuvo de ellos resultados verdaderamenteasombrosos; concluyó de sus experimentos que la mayoría de las partículas alfa pasaban a través de la hojade metal sin afectarse ni desviarse, como si pasaran a través de un agujero, mientras que otras pocas sedesviaban intensamente, causando esa difusión observada en la placa fotográfica. Si el modelo del átomode Thomson fuera correcto, las cargas positivas y negativas estarían bien difundidas en todo el material ytodas las partículas alfa pasarían desviándose muy poco. El hecho de que sólo algunas partículas alfa sedesviaran enormemente significaba para Rutherford que en alguna parte del átomo debía de existir unnúcleo muy denso y cargado positivamente, capaz de rechazar las partículas alfa, también cargadaspositivamente.

Como consecuencia de sus experimentos y cálculos, Rutherford encontró algo que le debió de parecersumamente extraño: la masa del átomo estaba encerrada casi toda en un núcleo; el átomo era como unaesfera prácticamente hueca, y el tamaño del átomo debía de ser inmensamente mayor que el de ese núcleo.}

Su modelo del átomo que propuso en 1911, tenía un núcleo muy pequeño y muy denso cargadopositivamente, rodeado de electrones cargados negativamente en movimiento alrededor del núcleo.

En la época en que Rutherford (Fig. 5) proponía su modelo nuclear del átomo, las únicas partículasconocidas que podían constituir la materia eran los protones, partículas de carga positiva, y los electrones,partículas de carga negativa. Rutherford pensó originalmente que el núcleo podría estar formado porprotones; sin embargo, no pudo explicar su modelo del núcleo con la presencia de sólo estas partículas, yaque supuso que podría ser muy inestable, en virtud de la carga positiva tan condensada que tendría. Así fuecomo predijo, en 1920, la existencia de una partícula nuclear neutra, que, según supuso, era necesaria parala estabilidad del núcleo. Fue necesario esperar la llegada de los años treinta para que el "neutrón", comolo llamaron más tarde, fuera descubierto.



Figura 5. Ernest Rutherford.

EL NEUTRÓN

Durante mucho tiempo se trató de encontrar al neutrón postulado por Rutherford; pero fue una casualidad,como sucede muy a menudo con los descubrimientos científicos, lo que hizo posible este descubrimiento.En 1930, dos físicos alemanes, Bothe y Becker, observaron una radiación emitida por núcleos de boro,berilio y litio cuando eran bombardeados por la radiación alfa. Las partículas desconocidas que se emitíanposteriormente a la irradiación eran muy penetrantes y capaces de atravesar capas gruesas de elementospesados sin ser absorbidas en forma notoria. Poco después, en el Instituto del Radio en París, doscientíficos franceses, a los que nos referiremos en este libro en muchas ocasiones al tratar la radiactividadartificial, Frédéric e Irène Joliot-Curie, estudiaron la absorción de los rayos que habían encontrado Bothe yBecker. Observaron la propiedad que tienen estas partículas de ser absorbidas rápidamente por substanciascon un contenido alto de hidrógeno, como la parafina y el agua, y también de proyectar los átomos dehidrógeno de estas substancias a una gran velocidad. Los resultados de los trabajos publicados por losJoliot-Curie provocaron la sorpresa de los físicos del laboratorio Cavendish de Cambridge. JamesChadwick, científico de este laboratorio, estudió la radiación observada por ellos y su propiedad deproyectar los átomos de hidrógeno fuera de la parafina.

Después de estudiar su naturaleza y las características de su recorrido a través de la materia, Chadwickconcluyó que esta partícula nueva tenía una masa muy semejante a la del protón, pero sin carga eléctricaalguna, y era precisamente la partícula que él suponía presente en la materia y que estaba buscando sinéxito desde hacía muchos años: el neutrón. La radiación encontrada por Bothe y Becker estaba constituidapor neutrones, partículas predichas por Rutherford en el mismo laboratorio. Fueron necesarios más de 12años de trabajo sobre el mismo tema por físicos alemanes, franceses e ingleses para establecer la existenciadel neutrón. El descubrimiento del neutrón permitió resolver los problemas que existían para explicar laconstitución del átomo. Chadwick reconoció que el neutrón formaba parte de todos los núcleos, con

excepción del de hidrógeno.

LO QUE SE SABE AHORA SOBRE LA MATERIA

Finalmente se fueron juntando las piezas del rompecabezas para formar una imagen del átomo. Con eldescubrimiento del neutrón se fortaleció el modelo nuclear del átomo de Rutherford.

Posteriormente se presentarían cambios a este modelo para explicar con más exactitud los fenómenosobservados; sin embargo, el concepto del modelo nuclear del átomo no cambió.

Según la teoría atómica, lo que nos rodea está formado de moléculas y éstas de elementos, sustancias

sencillas que no pueden descomponerse en sustancias más sencillas por cambio químico. Los elementos, a



su vez, están formados por átomos, partículas extremadamente pequeñas que el ojo humano no puededistinguir. Es fácil darse cuenta de que debe de existir un gran número de ellos, ya que una gota de aguacontiene aproximadamente 1 000 000 000 000 000 000 000 (10 21, es decir, mil trillones) de átomos. Estacantidad tan grande da idea de la pequeñez del átomo y del gran número de ellos que existen en todo loque nos rodea.

Los átomos, de acuerdo con la teoría de Rutherford, están constituidos por un núcleo de carga eléctricapositiva, rodeado por una nube de electrones o negatrones, con carga eléctrica total de igual magnitud quela del núcleo, pero de signo opuesto. Los electrones, que giran alrededor del núcleo a grandes velocidades,

tienen carga eléctrica negativa y una masa muy pequeña; una dosmilésima parte de la masa de un protón.

El tamaño del núcleo es tan pequeño, comparado con el resto del átomo, que si el átomo fuera una esferade 1 kilómetro de diámetro, su núcleo tendría apenas el tamaño de una canica de 1 cm y los electrones severían apenas como puntos a los que difícilmente se les podría medir sus dimensiones. De hecho, el núcleocontiene casi toda la masa del átomo, y en muchos casos es aproximadamente 4 000 veces más pesado quelos electrones periféricos, pero tiene dimensiones muy pequeñas.

Por ser precisamente la parte fundamental del núcleo, a los protones y neutrones se les llama nucleones. Apesar de su pequeñez, el núcleo del átomo es muy pesado: si se pudiera juntar materia nuclear en unvolumen de 1 cm³, su peso sería de doscientos millones de toneladas.

Una vez que se estableció el modelo nuclear del átomo, se hizo evidente que las transformacionesradiactivas son procesos nucleares. Todos los núcleos, excepto el del hidrógeno, están formadosprincipalmente por protones y neutrones. El número de protones, que es también igual al número deelectrones extranucleares en el átomo neutro, es su número atómico. Por otra parte, el número total denucleones, es decir de protones y neutrones, se conoce como masa atómica.

Los números atómicos de los elementos conocidos van desde 1 para el hidrógeno hasta el 106 para elelemento más pesado conocido. Se conocen, además, núcleos con número de neutrones desde cero hasta159. Los números de masa (masa atómica) de los elementos conocidos varían desde 1 hasta 263. Esimportante notar que en el caso de los elementos más ligeros la masa atómica es aproximadamente eldoble del número atómico. Esto es otra forma de decir que estos núcleos ligeros contienenaproximadamente números iguales de protones y neutrones. El helio-4, en particular, tiene 2 protones y 2neutrones.

Los científicos acostumbran expresar en forma taquigráfica la nomenclatura de los núcleos con diferentespropiedades físicas. El símbolo utilizado para denotar las especies nucleares es el símbolo químico delelemento con el número de masa como superíndice izquierdo y el número atómico como subíndiceizquierdo; así, el helio de masa 4 se transcribe: 4/

2He. En la literatura antigua se utilizaba también poner el

número de masa como superíndice derecho: 2He4, nomenclatura que en ocasiones aún se encuentra en la

literatura. Sin embargo, el subíndice, que indica el número atómico, a menudo se omite, pues cadaelemento químico tiene su número atómico característico. Existe también la costumbre de simplificar esta

nomenclatura escribiendo el nombre del elemento seguido de un número que indica su número de masa:helio-4.

Las masas de los núcleos atómicos son tan pequeñas cuando se expresan en gramos (menos de 10-21 gramos), que se expresan en general en una escala diferente. La escala que se acepta universalmente en laactualidad está basada en la masa de un átomo de carbono-12 tomado exactamente como 12 000 000unidades atómicas de masa. La información a este respecto para cada elemento se encuentra distribuidamuy ampliamente en la literatura de tablas que dan la información; sin embargo, es importante hacer notarque esta información está dada en general para las masas atómicas y no sobre las masas nucleares. En otraspalabras: las masas tabuladas incluyen las masas de los electrones extranucleares en los átomos neutros.

MENDELEIEV, SU TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS Y LA RADIACTIVIDAD



Mendeleiev, en 1864, clasificó los elementos conocidos en esa época en lo que llamó tabla periódica (Fig.6).

Figura 6. Tabla periódica de los elementos. Mendeleiev agrupó los elementos con propiedadessemejantes uno junto a otro horizontalemente, mientras que en las tablas actuales, como la que semuestra, se colocan uno debajo del otro. Mendeleiev ordenó los elementos por sus pesos atómicos;

ahora se ordenan conforme a sus números atómicos. Así pues, hay varias diferencias entre la tablaoriginal del científico ruso y las actuales.

Para comprender la importancia de la tabla periódica de los elementos retrocedamos en el tiempo al año de1815, cuando el científico y médico inglés William Prout observó que, al escoger el peso del hidrógenocomo la unidad, las masas atómicas de la mayoría de los elementos ligeros eran muy aproximadamentecercanas a números enteros. Esto lo llevó a concluir que los átomos de todos los elementos deberían deestar formados por átomos de hidrógeno. De acuerdo con esta teoría, el átomo de oxígeno estaría formadopor 16 átomos de hidrógeno, y el carbono por 12. Ahora sabemos que Prout estaba muy cerca de larealidad; sin embargo, su idea no fue aceptada en esa época. Sólo 54 años despúés, cuando estas ideas secristalizaron, Dimitri Mendeleiev en Rusia y Lothar Meyer en Alemania, en el mismo año, publicaron

tablas similares, en las que establecieron las leyes de las propiedades de los elementos, a los que ordenaronde acuerdo con sus masas atómicas, comenzando por el hidrógeno, el más ligero de ellos. Mendeleievagrupó los elementos, por orden creciente de sus pesos atómicos, en periodos o series, de manera quequedasen ordenados por propiedades semejantes.

Huecos en la clasificación de Mendeleiev

En la época de Mendeleev faltaban aún numerosos elementos por descubrirse, y constituían los huecos enla tabla que elaboró. En vez de considerarlos como excepciones de su sistema de clasificación Mendeleievsupuso, con osadía, que los huecos de su clasificación correspondían a elementos desconocidos en esaépoca; y como si eso fuera poco, se lanzó a describir los elementos faltantes. Se puede decir que la



importancia de su tabla periódica de los elementos se basa más en los huecos que encontró que en la tablamisma. Mendeleiev se fijó de modo especial en tres huecos que quedaban junto a los elementos boro,aluminio y silicio y que correspondían a elementos aún no conocidos, sabiendo de ellos solamente el sitioque ocuparían en la tabla cuando fuesen descubiertos. Llegó incluso a ponerles nombres a los elementosque correspondían a esos huecos: ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio.

Tomando en cuenta que las propiedades de los elementos en un mismo grupo son semejantes, Mendeleievpudo predecir sus propiedades físicas y químicas. Quizás la tabla de Mendeleiev no habría tenido tantaimportancia si no se hubieran verificado sus predicciones. Los diferentes elementos que faltaban dentro de

la tabla fueron descubriéndose generalmente a partir de los minerales de los elementos vecinos, ya que laspropiedades químicas similares tienden a reunir a los elementos del mismo grupo.

Los tres elementos mencionados, ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio, fueron descubiertos en un periodo dequince años a partir de la descripción de Mendeleiev. Con el descubrimiento del germanio, la hipótesis sefortaleció, pues las propiedades de ese elemento se parecían asombrosamente a las del ekasilicio predichopor Mendeleiev. Igualmente sorprendentes resultaron los descubrimientos del galio, que correspondía alekaaluminio, y del escandio, correspondiente al ekaboro. Nadie podía dudar después de esto de la validezo utilidad de la tabla periódica.

A pesar del gran éxito que había tenido el sistema de Mendeleiev, aún tenía que resistir la repercusión deldescubrimiento de varios materiales radiactivos, para los que no parecía encontrarse sitio en la tablaperiódica.

Todavía en los años veinte de este siglo quedaban por descubrirse varios elementos, entre ellos losanálogos del manganeso, cuya existencia fue anticipada por Mendeleev, quien los llamó ekamanganeso ydvimanganeso. Transcurrieron más de 50 años hasta que se descubrió el renio, que correspondía aldvimanganeso de Mendeleiev. De hecho, el renio fue el último de los elementos estables descubiertos; yfue necesario el desarrollo de la física nuclear y de la radioquímica para descubrir, finalmente, que loselementos faltantes eran radiactivos de vida media bastante más corta que la vida de nuestro planeta y que,por consiguiente, no existían en la Tierra.

LOS ISÓTOPOS

Ya para el año de 1912 se habían encontrado un gran número de diferentes materiales radiactivos; pero¿cómo se podían acomodar en la clasificación periódica de los elementos? Había docenas de estosmateriales radiactivos, y en la tabla de Mendeleiev no había sitio para ellos.

Frederick Soddy, quien había colaborado anteriormente con Rutherford en la explicación delcomportamiento de la radiactividad natural, sabía que el núcleo de un átomo radiactivo pierde peso y cargapositiva al emitir una partícula alfa. No obstante, cuando un núcleo emite una partícula beta su pesopermanece casi sin cambio, pero su carga aumenta. Así fue como Soddy pudo deducir los pesos y la carganuclear de muchos productos radiactivos. En varios casos, dos productos radiactivos diferentes tenían lamisma carga nuclear pero diferentes pesos. La carga positiva que posee un núcleo es la que determina la

cantidad de electrones necesarios para neutralizar el átomo; la carga del núcleo es, por lo tanto, laresponsable de sus características exteriores, o sea, las propiedades químicas del átomo.

Esta conclusión se confirmó cuando Soddy encontró que los diferentes materiales radiactivos no siemprese podían separar unos de otros por técnicas químicas, lo cual indicaba que eran partes de un mismoelemento químico, que cada grupo de especies inseparables correspondía a un solo elemento químico yque en el mismo sitio de la tabla periódica quedaban clasificados átomos químicamente iguales connúcleos diferentes y con propiedades físicas distintas. Soddy propuso el nombre de isótopo, del griego iso —igual— y topos —lugar—, para designar a las especies de un grupo; ese nombre indica, pues, que talesespecies ocupan el mismo lugar en la clasificación de los elementos. Actualmente en cada casilla de latabla de elementos se clasifican todos los átomos con el mismo número de protones, o sea, con el mismo

número atómico, aun cuando su masa sea diferente como consecuencia de tener diferente número de



neutrones. De acuerdo con esta definición, todos los núcleos que tienen el mismo número de protones,pero con diversas combinaciones de neutrones, se llaman isótopos. Todos los isótopos de un elementotienen la misma cantidad de electrones periféricos, y esta cantidad es igual al número de protones delnúcleo. Como el comportamiento químico de los elementos depende de sus electrones, entonces se puededecir que todos los isótopos de un elemento se comportan químicamente en la misma forma. En lanaturaleza se encuentran elementos que tienen varios isótopos.

Hidrógeno

El elemento más sencillo, el hidrógeno, tiene un solo protón, pero se conocen tres isótopos de esteelemento: el hidrógeno-l, el hidrógeno-2 o deuterio, y finalmente el hidrógeno-3 o tritio, cuyos núcleosestán formados solamente por 1 protón; el primero de ellos no tiene neutrones, mientras que el segundo, eldeuterio, tiene un solo neutrón, y el tritio tiene 2 neutrones (Fig. 7).

Figura 7. Isótopos de hidrógeno.

Agua. De acuerdo con el isótopo de hidrógeno que contengan, existen diferentes moléculas de agua:

El agua ligera está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno:

H2O

el agua pesada tiene un átomo de deuterio:

HDO

y, finalmente, el agua tritiada tiene un átomo de tritio:

HTO

Uranio

El uranio que existe en la naturaleza también tiene varios isótopos: el uranio-234, el uranio-235 y el uranio-238. Todos ellos tienen 92 protones en el núcleo; el primero tiene sólo 142 neutrones, mientras que elsegundo tiene 143, y el último tiene 146.

Los isótopos estables con pocos protones tienen, en general, un número igual de neutrones; pero a medidaque aumenta el número de protones va aumentando la carga positiva concentrada, y para estabilizar elátomo aumenta también el número de neutrones; de otra forma, la repulsión entre las cargas positivas delos protones haría que el átomo fuera muy inestable. Esto se puede ver en la gráfica que muestra el númerode neutrones de un núcleo en función de su número de protones (Fig. 8). A esta curva se le llama curva deestabilidad del núcleo, y muestra que los núcleos estables con pocos protones es tán a lo largo de una línea

diagonal, donde existen igual número de protones y neutrones, pero a medida que aumenta el número de



protones la línea se va curvando, lo cual indica que en átomos con masas nucleares grandes los núcleosestables tienen muchos más neutrones que protones. Sin embargo, hay un límite para la estabilidad de losnúcleos, ya que todos los que tienen 84 protones o más son radiactivos.

Figura 8. Respresentación del número de neutrones en función del número de protones de losdiferentes núcleos. A lo largo de la línea oblicua se encuentran aquellos núcleos ligeros con igualnúmero de protones y neutrones. (Referencia: Fernández-Valverde, M., Ciencia y Desarrollo 23, p.880, 1978.)

LOS ISÓTOPOS RADIACTIVOS Y LAS RADIACIONES QUE EMITEN

Se ha comentado antes que algunos isótopos de elementos que se encuentran en la naturaleza soninestables. Esto significa que sus núcleos emiten radiaciones o partículas, o ambas, y se descomponen

espontáneamente, formando átomos del mismo o de otros elementos. A estos isótopos inestables se lesllama isótopos radiactivos. Mientras que el hidrógeno-l y el hidrógeno-2, o deuterio, son isótopos establesdel elemento hidrógeno, el tritio es radiactivo y se desintegra emitiendo radiación beta. Asimismo, elcarbono-12, isótopo estable, tiene 6 neutrones y 6 protones, mientras que el carbono-14, con 6 protones y 8neutrones, es radiactivo. Estos isótopos radiactivos se encuentran fuera de la línea de estabilidad yadiscutida anteriormente. La radiación alfa, beta y gamma provienen del núcleo atómico (Fig. 9).



Figura 9. Las radiaciones alfa (α), beta (β) y gamma (γ ) provienen del núcleo atómico. (Referencia:Segovia, Naturaleza 5, p. 107, 1974.)

Decaimiento alfa (α)

Soddy describió el modo en que un átomo cambia al emitir una partícula alfa, la cual está constituida porun núcleo de helio, formado por cuatro nucleones: dos protones y dos neutrones (véase, adelante, la Fig.31).

Cuando un núcleo decae por la emisión de una partícula alfa su masa atómica disminuye en cuatrounidades, ya que pierde dos neutrones y dos protones, y su número atómico en dos unidades, pues pierdedos cargas positivas del núcleo. Como ejemplo de este decaimiento se tiene el caso de los átomos de radio-226 que tienen número atómico 88.

En un gramo de radio cada segundo se transforman 37 000 000 000 de átomos en átomos de otroelemento, el radón, que es un elemento gaseoso. A su vez, el número de masa del radón es 222 y sunúmero atómico es 86. Difiere del radio por cuatro unidades de masa y dos unidades en su númeroatómico (Fig. 10). Estas 4 unidades de masa y dos unidades de número atómico no pueden desaparecer: seeliminan en forma de la partícula alfa. Si un átomo pierde una partícula alfa, con una carga +2, la cargatotal de su núcleo disminuye en dos. Si se grafica el número de neutrones en función del número deprotones en una tabla como la del ajedrez, se puede observar cómo se transforma el núcleo del radio-226en radón-222 durante la emisión de la partícula alfa (Fig. 11).

Figura 10. Decaimiento alfa del radio-226.



Figura 11. Decaimiento alfa del radio-226.

Decaimiento beta (β)

Existe otro tipo de decaimiento radiactivo, por emisión de las partículas beta. Las partículas beta emitidaspor los núcleos son electrones. Las radiaciones emitidas por el uranio, torio y otros elementos naturalesincluyen electrones de carga negativa; pero ahora se sabe que también existen núcleos inestables queemiten electrones positivos: a los primeros también se les llama negatrones; a los segundos se lesdenomina positrones. Estos electrones no deben confundirse con los electrones que se mueven a grandes

velocidades alrededor del núcleo del átomo.

Ya que la masa del electrón es sólo una pequeñísima parte de la masa del átomo, la emisión de unapartícula beta prácticamente no altera el número de masa de un núcleo radiactivo. Sin embargo, la emisiónde una partícula beta negativa se lleva una unidad de carga negativa del núcleo. Como consecuencia, éstese carga positivamente y el número atómico del átomo aumenta en una unidad. La emisión de unapartícula beta positiva tiene precisamente el efecto opuesto, el núcleo pierde una carga positiva y elnúmero atómico disminuye en una unidad.

Cuando el yodo-131 decae el emitir una partícula beta negativa nace un núcleo de xenón-131, que es ungas noble. En la figura 12 se grafica en forma de tablero de ajedrez este decaimiento; ahí se indica cómo se

transforma el yodo en xenón, cuyo núcleo tiene un protón más que el yodo.

Figura 12. Decaimiento beta negativo.

Por otra parte, cuando el cobre-64 decae al emitir una partícula beta positiva nace también un núcleonuevo, en esta ocasión el níquel-64. La gráfica de la figura 13 muestra este decaimiento e indica cómo setransforma el cobre en níquel, cuyo núcleo tiene un protón menos que el cobre.



Figura 13. Decaimiento beta positivo.

Decaimiento gamma (γ )

Finalmente, los rayos gamma, en la mayoría de los casos, acompañan a la emisión de partículas alfa o betay acarrean el exceso de energía que tiene el núcleo después de su decaimiento. Cuando un átomo emite unrayo gamma (sin carga), se altera su contenido energético pero no cambia el número de partículas, demodo que continúa siendo el mismo elemento y no cambia su posición en el tablero de ajedrez utilizadoanteriormente.

Transición isomérica

Existen algunos isótopos radiactivos que tienen masas y cargas idénticas, es decir, que tienen el mismonúmero de protones y de neutrones, pero diferentes propiedades radiactivas, como son sus vidas medias ylas energías de las radiaciones emitidas. Estos núcleos reciben el nombre de isómeros nucleares. El

isómero que presenta el estado de mayor energía, el más excitado, recibe el nombre de isómero en estadometaestable, y al de menor energía, se le llama isómero en estado base. Un núcleo metaestable puededecaer, por emisión de rayos gamma, a su isómero en el estado base. La transición de un estado a otro sellama transición isomérica. Por ejemplo, el selenio 81 m emite radiación electromagnética y pasa a selenio81 en el estado base. A menudo, estos isómeros nucleares en el estado base también son radiactivos.

LA PENETRACIÓN DE LAS RADIACIONES NUCLEARES EN LA MATERIA Y LOS EFECTOSQUE PRODUCEN

Cada una de las radiaciones nucleares alfa, beta y gamma se caracteriza por su diferente poder depenetración en la materia. Las partículas alfa son frenadas por una hoja de papel, que no les permitecontinuar su trayectoria, mientras que esta misma hoja sí permite pasar a las partículas beta y a la radiacióngamma; una hoja delgada de aluminio como de 1 mm de espesor sólo deja pasar una pequeña fracción dela radiación beta y casi la totalidad de la radiación gamma; una placa de plomo intercepta la radiacióngamma, dejando pasar solamente una fracción de ella (Fig. 14).



Figura 14. Las partículas alfa son frenadas por una hoja de papel, pero las partículas beta sí laatraviesan. Una hoja delgada de aluminio sólo deja pasar una fracción de las partículas beta y casila totalidad de la radiación gamma. La placa de plomo es la única que intercepta la radiacióngamma.

La poca penetración que tienen en la materia las radiaciones alfa y beta se debe principalmente a que sonpartículas cargadas eléctricamente y a que, por esto mismo, interaccionan con la materia. Existen dos tiposde interacción de las partículas cargadas con la materia: la ionización y la excitación. La ionización es elfenómeno en el que las partículas alfa y beta al recorrer el material le ceden parte de su energíaarrancándole electrones de sus átomos y dejándolos cargados positivamente; a estas especies se les llamaiones (Fig. 15). En este proceso también se liberan electrones, que, como sabemos, tienen cargasnegativas. La excitación, por otra parte, consiste en que cuando las partículas cargadas, alfa o beta,atraviesan el material dejan a los electrones periféricos de sus átomos con mayor energía que la que teníanantes (Fig. 16). El átomo queda así con un exceso de energía, y puede volver a su estado original básicoemitiendo en forma de luz la energía sobrante.

Figura 15. Fenómeno de ionización. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 107, 1974.)



Figura 16. Fenómeno de excitación. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 107, 1974.)

El número de iones liberados y el tipo de luz emitida en un material por el paso de la radiación dependen,

entre otras cosas, de la energía que pierden las partículas cargadas alfa y beta al atravesarla. Pero ¿y laradiación gamma? No tiene carga ni masa y su poder de penetración en la materia es muy grande; sinembargo, esta radiación puede producir otros tres fenómenos, denominados efecto Compton, efectofotoeléctrico y creación de pares (Fig. 17). Lo más importante de estos tres efectos es que en todos ellosaparecen partículas cargadas eléctricamente; las que producen a su vez, como fenómenos secundarios, laionización y la excitación. Así pues, se puede generalizar diciendo que la radiación nuclear interaccionacon la materia que atraviesa y produce de manera directa o indirecta ionización o excitación de los átomosy por este efecto se pueden medir.

Figura 17. Tres fenómenos provocados por la radiacion gamma. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5,p. 107, 1974.)

¿CÓMO SE MIDE LA RADIACTIVIDAD?

La radiactividad es un fenómeno que tardó mucho en descubrirse, pues el ser humano no puede ver ni olerni oír las radiaciones emitidas por los elementos radiactivos: por lo general, sus sentidos no puedenpercibirla. Pero en cuanto se descubrió que el uranio emitía radiaciones se empezaron a fabricar



instrumentos que ayudaran a los sentidos a detectar lo imperceptible. Las radiaciones nucleares sólo sepueden observar indirectamente a través de los efectos que producen al atravesar la materia, y los aparatosdiseñados para medir su energía e intensidad están basados en estos efectos: 1) La producción de ionescargados eléctricamente, 2) la producción de excitación que se emite en forma de luz.

El primer método para medir la radiactividad precisamente fue el que le permitió a Becquerel descubrirla.En efecto, la placa fotográfica es un detector de radiactividad que se ennegrece en menor o mayor gradocuando la radiación nuclear incide en ella. Mayor ennegrecimiento indica presencia de mayor cantidad deradiaciones nucleares. Becquerel se dio cuenta del carácter ionizante de las emanaciones del uranio y

utilizó para medirlas un aparato ya conocido en su época, el electroscopio, que se utilizaba para medircorriente eléctrica.

El fenómeno de ionización puede observarse gracias a que los iones cargados positivamente y loselectrones cargados negativamente pueden ser acelerados por un campo eléctrico, pasar por un filamento ygenerar así una corriente eléctrica que se mide con un aparato apropiado. Mayor corriente eléctrica indicala presencia de fuentes radiactivas de mayor intensidad. La respuesta del equipo detector puede observarseen otro dispositivo que registre las radiaciones detectadas: un escalador, una bocina o una bombillaeléctrica (foco).

El fenómeno de excitación electrónica puede observarse gracias a los destellos luminosos que se producenal desexcitarse los átomos excitados. Estos destellos luminosos se pueden observar en ocasionesdirectamente y en otras ocasiones requieren de ayuda de dispositivos que puedan analizar la luz de esosdestellos.

Para detectar partículas alfa se requieren ventanas extremadamente delgadas, pues de otra forma estaspartículas se frenan en la ventana y no la pueden penetrar. También se utilizan ventanas especiales paradetectar partículas beta, cuando no se requiere que sean tan delgadas como las utilizadas para detectar laspartículas alfa.

La radiación gamma es mucho más penetrante. Puede pasar a través de las paredes de un contadorordinario, por lo que no requiere de ventanas especiales. La facilidad o dificultad con que una radiaciónpasa a través de una pared o una ventana de un detector ayuda para identificarla. Por ejemplo, la partícula

alfa no atraviesa las ventanas que se emplean para detectar partículas beta. Una lámina delgada de metalcolocada sobre la ventana para medir partículas beta excluirá a estas partículas beta, pero no detendrá a laradiación gamma.

Como ejemplo de detectores, mencionaremos el inventado por Geiger y que por ello lleva su nombre; sebasa en el fenómeno de la ionización. Se puede construir en muchas diferentes formas y tamaños; la formacilíndrica es generalmente la más sencilla de construir.

El material que se usa para fabricar un detector de este tipo es un gas confinado en un recipiente cubiertocon una capa metálica en el interior. Al aplicarse una diferencia de potencial en los electrodos se puedenmedir tanto los electrones como los iones positivos producidos durante el proceso de ionización al pasar la

radiación nuclear por el gas confinado. La figura 18 muestra un cilindro lleno de un gas; el electrodonegativo es el alambre central, y el positivo la capa metálica del tubo mismo. Al conectarse el sistema auna fuente de voltaje se crea una diferencia de potencial. Cuando el voltaje aumenta, también aumenta lacantidad de electrones que pasan por el alambre (Fig. 18).



Figura 18. El detector Geiger mide la radiactividad. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 109,1974.)

Cada isótopo radiactivo emite radiación de energía característica; y gracias a que esta radiación es siemprela misma, se pueden identificar los átomos que las emiten. En la actualidad se utiliza un detector apropiadoacoplado a un equipo que se conoce con el nombre de analizador multicanal, el cual, además de detectar laradiación emitida por cada isótopo radiactivo, puede determinar la energía de ésta. Cuando la radiaciónincide en el detector se produce una señal o pulso eléctrico, y el tamaño de este pulso depende de laenergía absorbida por el detector. El analizador multicanal tiene una serie de pequeñas ventanas,denominadas canales; cada una de ellas acepta sólo los pulsos que poseen una altura determinada y los

acumula. La información que se obtiene después de un cierto tiempo se traduce en un espectro de energías,que se construye haciendo una gráfica del número de cuentas acumulado en cada canal en función delnúmero de éste, es decir, de la energía (Fig. 19).

Figura 19. Arriba: Esquema de una analizador multicanal. 1) Llegan todos los pulsos. 2) Los pulsosse acumulan en los canales después de ser clasificados en función de su altura, es decir, de la enregía. Abajo: Espectro gamma característico del sodio de masa 24. Este espectro fue obtenido con undetector de germanio-litio acoplado a un analizador de 4 000 canales. (Referencia: Jiménes Reyes,Ciencia y Desarrollo 23, p. 67, 1978.)



III. ¿SE PUEDE PRODUCIR LA RADIACTIVIDAD?

UNO DE los eslabones de la cadena de descubrimientos del siglo XX, y que tuvo consecuencias muyimportantes en el desarrollo de la ciencia, fue encontrar que la radiactividad, descubierta por Becquerel ylos esposos Curie en la naturaleza, se podía producir en forma artificial.

LOS DESCUBRIDORES DE LA RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL: JEAN FRÉDÉRIC E IRÈNE

JOLIOT-CURIE

Jean Frédéric Joliot fue el hijo menor de la familia Joliot; nació en París, Francia en 1900. En launiversidad fue alumno de Paul Langevin, quien influyó mucho en él. Al salir de la universidad, trabajó enla industria; sin embargo, después de realizar su servicio militar, pudo dedicarse a su verdadera vocación:la ciencia. Langevin le ofreció una beca, la cual Frédéric aceptó de inmediato, y fue así como realizó unode sus más grandes anhelos: trabajó de técnico de Marie Curie en el Instituto del Radio.

Irène Curie, primogénita de los científicos Pierre y Marie Curie, nació en París, Francia en 1897. Durantela primera Guerra Mundial, a los 17 años, ya ayudaba a su madre en los servicios radiológicos queproporcionaba ésta en los hospitales. Marie Curie pudo observar la capacidad de su hija mayor y, después

de la guerra, le dio la oportunidad de trabajar en el Instituto del Radio con ella: así nació una colaboraciónmuy estrecha entre madre e hija.

En 1926 se casaron Frédéric Joliot e Iréne Curie. En 1931 Frédéric logró tener un puesto para realizarinvestigación, lo que le permitió continuar su trabajo, justo en el momento en que se le vencía su beca enel Instituto del Radio.

El primer trabajo en colaboración de Irène y Frédéric consistió en la obtención de una gran cantidad depolonio, uno de los elementos radiactivos descendientes del radio, acumulado en el transcurso de los añosen el radio que el Instituto del Radio disponía gracias a Madame Curie. Utilizaron esta muestra en lapreparación de una muestra de polonio de gran pureza y de actividad específica elevada, empleando todo

el que extrajeron del radio.La colaboración científica de Irène y Frédéric fue ampliamente conocida; sus nombres aparecieron enmuchos artículos de la Academia de Ciencias, y fueron conocidos en todo el mundo científico comoFrédéric e Irène Joliot-Curie.

LA RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

Uno de los experimentos que realizaron los esposos Joliot-Curie (Fig. 20) en esa época consistió en utilizarsu fuente de polonio, elemento emisor de partículas alfa. Bombardearon con partículas alfa una láminadelgada de aluminio y, para determinar la interacción de estas partículas con el aluminio, midieron laforma en que variaba la intensidad de la radiación en el otro lado de la hoja de aluminio. Su sorpresa fue

grande cuando encontraron que aún después de interrumpir el bombardeo la placa de aluminio seguíaemitiendo radiación; se dieron cuenta, además, de que la intensidad de la radiación emitida por la placa dealuminio disminuía siguiendo la ley del decaimiento radiactivo encontrada por Rutherford y Soddy, y quela vida media de este material radiactivo era muy corta. ¿Qué era lo que estaban observando? Los Joliot-Curie habían descubierto que la radiactividad se puede producir artificialmente. En realidad, en esteexperimento habían encontrado una pieza más del rompecabezas del panorama nuclear. Descubrieron quepartiendo del aluminio, que tiene 13 protones y 14 neutrones, terminaron con fósforo-30 (15 protones y 15neutrones).



Figura 20. Frédéric e Irène Joliot-Curie con sus hijo Pierre y Hélène.

Pero el fósforo presente en la naturaleza, está constituido por una sola variedad atómica, el fósforo-31, con15 protones y 16 neutrones. Así pues, habían descubierto el fósforo-30, el cual es un isótopo artificial queno se presenta en la naturaleza. La razón por la que no lo encontraban era evidente: es radiactivo, con una

vida media de solamente catorce días. Su radiactividad era la fuente de la continua radiación de partículasque los Joliot-Curie habían observado.

Los Joliot-Curie habían producido el primer caso de radiactividad artificial. De hecho, habían descubiertola radiactividad artificial al producir un isótopo radiactivo del fósforo, que decae por emisión de unapartícula beta de carga eléctrica positiva (β+). Lo que observaron fue la desintegración del fósforo-30.

Así fue como el fenómeno misterioso, que Pierre y Marie Curie habían observado sin poderlo modificar,fue producido artificialmente por su hija y su yerno por medio de una reacción nuclear en la que el núcleode un átomo había interactuado con una partícula alfa. La Academia de Ciencias de Suecia dio el premioNobel de Química a Frédéric e Irène Joliot-Curie por sus trabajos sobre la síntesis de elementosradiactivos, siendo éste el tercer premio Nobel concedido a la familia.

La producción artificial de la radiactividad provocó una serie de nuevos descubrimientos. Inmediatamentese hizo evidente que, además de las partículas utilizadas por los esposos Joliot-Curie, podría existir otrotipo de proyectiles para producir la radiactividad artificial con más ventajas que las partículas alfa, quetienen cargas positivas y que son fuertemente repelidas por el núcleo del átomo. Uno de losdescubrimientos más importantes fue el de Enrico Fermi, quien consideró la posibilidad de bombardear losnúcleos con neutrones, partículas descubiertas en esa época por Chadwick, hecho que no sólo enriqueció eltrabajo iniciado por los esposos Joliot-Curie, sino que sentó las bases de un fenómeno que cambiaríacompletamente el concepto que se tenía sobre el núcleo del átomo. Este fenómeno se conoce como fisiónnuclear, y se volverá a hablar de él posteriormente en este libro.

El descubrimiento de la radiactividad artificial permitió ir llenando poco a poco los huecos que todavíaexistían en la tabla periódica de los elementos.

Así, después de casi 70 años de búsqueda infructuosa del elemento que Mendeleiev llamó ekamanganeso,los físicos italianos Perrier y Segre obtuvieron por primera vez, en forma artificial, trazas de este elemento.Por ser el primer elemento creado artificialmente se le dio el nombre de "tecnecio" originado en la palabragriega que significa artificio, creación (Fig. 21).



Figura 21. El primer elemento creado artificialmente fue un elemento radiactivo, el tecnecio, quellenó uno de los huecos de la tabla periódica de elementos.



IV. RADIACTIVIDAD EN LA NATURALEZA

LA NATURALEZA es una fuente inmensa de radiactividad, en donde, como ahora sabemos, existe ungran número de radisótopos, algunos de ellos de una vida media larguísima, quizás tan larga como la vidade la Tierra misma o más, y, por otro lado, radisótopos de vida media muy corta. La presencia de algunosde los radisótopos se liga a la radiación cósmica, proveniente del Universo.

¿QUÉ ES LA RADIACIÓN CÓSMICA?

La radiación cósmica primaria es aquella que se origina en el espacio exterior; está constituida porprotones y partículas alfa de energía muy elevada. Al pasar a través de la atmósfera interactúa conelementos presentes en ésta, y como consecuencia de esta interacción se originan radiación gamma,electrones, neutrones, mesones y otras partículas energéticas, cuyo conjunto constituye lo que se conocecon el nombre de radiación cósmica secundaria (Fig. 22).

Figura 22. Efecto de la radiación cósmica al interactuar con los constituyentes de la atmósfera,(Referencia: Segovia y Bulbulian, Ciencia y Desarrollo 23, p. 75, 1978.)

La intensidad de la radiación cósmica es mayor en los sitios más elevados que en el nivel del mar: cuantomayor es la altitud mayor es también la incidencia de los rayos cósmicos; contrariamente, la intensidad dela radiación cósmica disminuye considerablemente en las minas profundas.

LA MUERTE Y EL NACIMIENTO DE ÁTOMOS. LAS SERIES RADIACTIVAS NATURALES

Los materiales radiactivos naturales se pueden clasificar en tres categorías. La primera categoría estáformada por los radisótopos primarios, que se llaman así por existir desde que se formó la Tierra, hacecinco mil millones de años, y son aquellos que tienen una vida media muy larga, quizás como la edad de laTierra o más. El potasio tiene un isótopo radiactivo de vida muy larga y es parte importante de laradiactividad natural; el rubidio, el samario y el lutecio también tienen isótopos radiactivos y contribuyen ala radiactividad natural, pero en menor escala.

El torio y el uranio se encuentran en cantidades variables tanto en el suelo como en las rocas. Cerca de losyacimientos de uranio y torio, la radiactividad se encuentra en concentraciones muy superiores a lanormal. La mayoría de los radisótopos primarios proviene del uranio-238, el torio-232 y, finalmente, eluranio-235.



Ya desde 1900 se había descubierto que los compuestos de uranio recién preparados eran sólo débilmenteradiactivos, pero que su radiactividad aumentaba con el tiempo. Fueron Ernest Rutherford y sucolaborador Frederick Soddy quienes encontraron que cuando un átomo de uranio emite una partícula alfasu naturaleza cambia. Se convierte en un nuevo tipo de átomo, con diferentes características radiactivas,produciendo radiaciones más intensas que las del propio uranio.

Este segundo átomo se descompone a su vez formando un tercer tipo de átomo, y así sucesivamente.Mostraron que existen cadenas de núcleos emparentadas entre diversos cuerpos radiactivos, que un átomomuere y da lugar al nacimiento de uno o varios átomos de especies diferentes. Estos nuevos átomos

radiactivos son los radisótopos que pertenecen a la segunda categoría; se denominan radisótopossecundarios y se van formando por el decaimiento de otros isótopos radiactivos. Como tienen vidas mediasmuy cortas comparadas con la edad de la Tierra, no podría explicarse su existencia si no fuera porque seestán formando continuamente por desintegración de los isótopos primarios.

Las investigaciones sobre las desintegraciones sucesivas han permitido agrupar las sustancias radiactivasen series o familias. Gracias a la observación de estos átomos y sus productos de decaimiento se hanpodido conocer varios elementos desconocidos hasta hace relativamente poco.

En general, las sustancias que son las cabezas de estas series tienen una masa muy elevada. Una serieradiactiva completa se inicia con el padre, o cabeza de serie, y termina en el isótopo estable; los isótoposgenerados por desintegraciones sucesivas son los descendientes o hijos.

El uranio-238 tiene una vida media enorme, de cuatro mil quinientos millones de años; en toda la historiade la Tierra, sólo una parte de la reserva original de uranio ha tenido posibilidades de desintegrarse. Esteisótopo del uranio es padre o cabeza de una de las series radiactivas naturales que incluye el radio y elpolonio y acaba finalmente en el plomo, que no es radiactivo. Ahora se sabe que la "radiación uránica"observada por Becquerel se debe a la inestabilidad del uranio-238. Al desintegrarse, emite una partículaalfa y se transforma en torio-234; éste origina otro núcleo inestable, y así sucesivamente (Fig. 23(a)).

Figura 23. (a) Serie radiactiva del uranio-238. (Collins, C. H., J.C. Andrade y K.E. Collins, Química Nova 4, p. 57



La vida media del radio es poco menor de mil seiscientos años. Al cabo de varios miles de años noquedaría nada de radio en la corteza terrestre de no ser porque se forma constantemente a través de ladesintegración del uranio. Esto mismo es cierto para otros productos del decaimiento del uranio cuyasvidas medias equivalen en algunos casos a fracciones de segundo solamente.

Además del uranio-238, que, como hemos visto, tiene una vida media muy larga, existe un isótoporadiactivo del elemento torio, el torio-232, que se desintegra aún más lentamente que el uranio-238, siendosu vida media de catorce mil millones de años, mientras que el torio-234, que pertenece a la serie deluranio-238, tiene una vida media de sólo 24 días. Con el torio-232, precisamente, empieza también una

segunda serie radiactiva. El torio-232 encabeza esta segunda serie radiactiva conocida corno serie deltorio, cuyo último miembro es el plomo de masa 208, que es estable (Fig. 23(b)).

Figura 23. (b) Serie radiactiva del torio -232.

El uranio-235, de una vida media de sólo 700 000 000 de años, encabeza una tercera serie y su últimomiembro de la familia es también otro isótopo estable del plomo, de masa 203 (Fig. 23(c)).



Figura 23 (c) Serie radiactiva del uranio-235.

En cada una de las series radiactivas existe un isótopo del gas noble radón que escapa del material naturaly se incorpora a la atmósfera. Estos gases radiactivos son el radón-220, el radón-222 y el radón-219.

RADISÓTOPOS INDUCIDOS

Finalmente, la tercera categoría de radisótopos pertenece a los radisótopos inducidos, los cuales se estánproduciendo continuamente en la naturaleza por medio de reacciones nucleares. Ahora sabemos que unfenómeno que se repite continuamente en la naturaleza es la producción de isótopos radiactivos. Losradisótopos inducidos se producen en la Tierra por el efecto de la radiación cósmica sobre los elementosen la Tierra. Entre los isótopos radiactivos formados por la interacción de los rayos cósmicos con diversoselementos se encuentra el carbono-14.

El carbono-14 es un isótopo radiactivo inducido. Desde la formación de la Tierra, el carbono-14 se hacreado en la atmósfera superior a causa de la transformación del nitrógeno por las reacciones de los rayos

cósmicos. Los rayos cósmicos producen un gran número de partículas al entrar a la atmósfera; entre ellas,neutrones muy energéticos, los cuales reaccionan con los elementos existentes en la Tierra. En este casoparticular, reaccionan con el nitrógeno-14, convirtiéndolo en otro elemento: el carbono-14, primero pormedio de la captura de un neutrón y después por medio de un decaimiento beta. Este carbono reaccionacon el oxígeno de la atmósfera y se convierte en bióxido de carbono, y a medida que el carbono-14 sedesintegra nuevamente, transformándose en nitrógeno-14, se alcanza un estado de equilibrio entre lasvelocidades de producción y la de desintegración.

Cada gramo de materia viva contiene suficiente carbono radiactivo para dar alrededor de 16desintegraciones por minuto. Al morir el organismo, deja de asimilar el carbono-14 y el radisótopoexistente en el organismo decae con una vida media de más de 5 000 años.



LA RADIACTIVIDAD Y EL HOMBRE

La radiación natural a la que está expuesta la población proviene de la desintegración de isótoposradiactivos en la corteza terrestre, de la radiación cósmica y de los isótopos radiactivos que forman partede los seres vivos, también llamada radiación interna. La primera depende del tipo de rocas que existen enel lugar, la segunda, de la altura sobre el nivel del mar, y la tercera, de la edad del ser humano y su dieta.Existen además otras fuentes de radiación que afectan a la población: las que se utilizan en equipo médico,o bien las que provienen de concentraciones muy elevadas de radisótopos en recintos cerrados y, engeneral, del extenso uso que se ha dado en este siglo a la energía nuclear. Es importante conocer el origen,

la concentración y los efectos de las radiaciones nucleares, ya que producen modificaciones en la materiaque atraviesan y, por lo tanto, pueden afectar el desarrollo y la estructura de las células vivas. En particularnos referimos a la radiación que recibe la población en forma continua y no a aquella que se debe aaccidentes derivados del uso de la energía nuclear o a la aplicación de tratamientos médicos.

Actualmente se realizan nuevas investigaciones sobre el efecto de las radiaciones naturales en los seresvivos. Desde que se encontró que los isótopos radiactivos se pueden producir artificialmente, se hanmultiplicado en todo el mundo los centros de trabajo que laboran con estos isótopos. Simultáneamenteaumentó el interés de los científicos por conocer los efectos de estas radiaciones. Se han formado comitésinternacionales que tienen a su cargo el estudio y la constante revisión de las dosis de radiación que recibeel personal que labora con dichos materiales.

A diferencia de la radiación artificial, la natural se consideró durante décadas como un fenómeno normalque existía en la naturaleza, de manera que el hombre estaba condicionado a ignorarla. Aunque en laliteratura especializada aparecían en ocasiones informes de altas intensidades de radiación en casas y enciertas zonas habitadas, éstos se consideraban como curiosidades de conversación. Esta forma de pensarcambió al finalizar la década de los setenta, pues la radiación natural se habia duplicado, y ciertoslaboratorios, preocupados por sus efectos, iniciaron estudios en particular sobre los daños provocados porradiación de los descendientes del radón en los pulmones.

Radiactividad en la corteza terrestre

Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y

suelos de la corteza terrestre, la cual está constituida principalmente por basalto y granito. La mayor partede esta radiactividad proviene de las series radiactivas naturales, tiende a escapar de la corteza terrestre ypuede ser arrastrada por el agua o algún otro fluido para migrar hacia la superficie terrestre y pasarfinalmente a la atmósfera. El uranio es mucho más abundante en la naturaleza que otros elementoscomunes; se encuentra en una proporción 40 veces mayor que la plata y 800 veces mayor que el oro. En lacorteza, los granitos contienen una concentración de uranio que varía de 2 a 6 partes por millónaproximadamente y una concentración de torio de tres a cinco veces mayor. Existen regiones en las que,por distintas causas geológicas y geoquímicas, las concentraciones de los elementos radiactivos sonanormalmente altas: es en los yacimientos de minerales radiactivos donde existen mayores cantidades deuranio y torio.

Radiactividad en la atmósfera

Los elementos radiactivos que se encuentran en la atmósfera se originan en la corteza terrestre y en elespacio exterior. Ya se ha visto que aquellos que provienen de la corteza terrestre son básicamente losisótopos del radón, que son gases y se incorporan a la atmósfera.

Además del radón que emana continuamente de la superficie terrestre, existen fenómenos como laserupciones volcánicas que pueden arrastrar hacia la atmósfera grandes cantidades de gases radiactivos,provenientes del magma. Los gases se incorporan a la atmósfera y se dispersan en mayor o menor gradodependiendo de las condiciones meteorológicas imperantes; al difundirse en el aire el material radiactivose desintegra y origina una serie de hijos, en muchas ocasiones también radiactivos, que se fijan en

partículas suspendidas en la atmósfera. En los recintos cerrados, como las casas habitación, la radiación



proviene principalmente del radón y de sus hijos (Fig. 24).

Figura 24. Arriba: Porcentajes de dosis universal. Abajo: Fuente de radón en casas habitación.(Referencia: Segovia y Bulbulian, Ciencia y Desarrollo 70, p. 41, 1986.)

Radiación interna

La radiación interna proviene de las sustancias radiactivas presentes en los alimentos, en el agua y en elaire, las cuales, al ser ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos. Los principales isótoposradiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio, pero tambiénpueden encontrarse cantidades menores de algunos elementos pesados como el radio, el plomo o el uranio.

Los efectos del radón en los seres vivos

La radiación que existe en el habitat se encuentra clasificada en forma esquemática en la figura 24. En éstapuede apreciarse que el mayor porcentaje de la dosis de radiación que recibe la población lo proporcionanel radón y sus descendientes, y es precisamente este elemento el que ha mostrado la importancia que puedetener la radiación natural para el hombre y la urgencia de estudiar sus efectos en los seres vivos.

El radón o cualquiera de sus descendientes al ser inhalados se adhieren a las paredes y membranas delsistema respiratorio de los seres vivos, y su desintegración es una fuente de radiación en el epiteliopulmonar. El radón es un gas, por lo tanto podrá eliminarse por exhalación, y sólo sus hijos, que sedesintegran dentro del pulmón, podrán producir algún efecto en el ser humano. Aunque lasconcentraciones promedio del radón en la atmósfera no son particularmente dañinas, cuando este elemento



queda atrapado en algún recinto cerrado como una cueva, una mina, un sótano o una casa, suconcentración puede aumentar considerablemente y causar daño en los seres vivos.

Las minas de uranio son las que generan mayor cantidad de radón; pero otros tipos de minas tambiénpueden atrapar, en los túneles subterráneos, gran cantidad de este elemento. Así, en países como Suecia,antes de iniciar la industria minera de uranio, se consideró necesario imponer normas de seguridad paraevitar que los trabajadores de las minas recibieran exceso de radiación emitida por los hijos del radón.

Radón en casas habitación

La gran mayoría de los materiales que el hombre utiliza en la construcción de casas habitación procedende elementos que existen en la corteza terrestre, los cuales serán radiactivos en mayor o menor grado,dependiendo de su naturaleza y procedencia. Los isótopos radiactivos presentes en los materiales deconstrucción son principalmente los de uranio, del torio, los descendientes de ambos y el potasio-40.Como consecuencia, el hombre, que habita en el interior de edificios, se halla sometido a radiación, cuyovalor depende del tipo de materiales empleados (Fig. 24). A través del tiempo, el ser humano haaumentado el lapso de permanencia en los edificios. Estudios recientes realizados muestran que losempleados y las amas de casa pasan 85 y 90% del día, respectivamente, dentro de edificios. En los paísescon climas extremosos, donde se aislan los recintos para evitar cambios de temperatura, el radón seincorpora al ambiente del recinto no ventilado y aumenta la concentración de los descendientes del radón.Las fuentes de radón en el aire de las casas se encuentran en el suelo y rocas sobre las cuales estáconstruida la vivienda, en el agua, en el gas doméstico y los materiales de construcción.

La radiactividad en el habitat ha sufrido transformaciones, principalmente a causa de los cambios decostumbres del ser humano. Cada vez existe más conciencia sobre la importancia de conocer loscontaminantes que circundan nuestra vida, y, en el caso de la radiactividad natural, se están estudiando susalcances y el riesgo que ésta implica para los seres vivos. Aunque se trata de dosis bajas de radiación, éstaspueden ser importantes porque afectan a toda la población.

A medida que se avance en el conocimiento de las radiaciones naturales a las que se encuentran expuestoslos seres vivos, se podrá investigar sistemáticamente su efecto sobre las células y la transferencia de lainformación genética.



V. ¿SE PUEDE TRANSFORMAR EL NÚCLEO DE UN ÁTOMO ENOTRO?

EFECTIVAMENTE, el núcleo de un átomo radiactivo, por ser inestable, se transforma, al decaer, en otronúcleo. Sin embargo, los átomos estables también pueden transformarse; esto se logra a través de lasreacciones nucleares cuando los núcleos interactúan con otros núcleos, con partículas o con radiaciones de

elevada energía. La primera reacción nuclear provocada por el hombre fue la transformación otransmutación de un elemento en otro: el sueño de los alquimistas.

EL SUEÑO DE LOS ALQUIMISTAS Y LA FÍSICA NUCLEAR

Durante la Edad Media el deseo de encontrar algún método de convertir un metal ordinario en oro era elestímulo principal de la investigación. Muchos alquimistas se esforzaron por encontrar la piedra filosofal,que, según suponían ellos, convertiría minerales y metales, como el mercurio y antimonio, en oro; queríanencontrar la forma de transmutar un elemento en otro. Pero en el siglo XVII la alquimia entró en plenadecadencia y ya en el siglo XVIII se transformó en la ciencia que ahora llamamos química. A finales delsiglo pasado los científicos ya no pensaban en la transmutación de la materia y creían que los elementos

químicos descubiertos eran definitivamente estables, que el mercurio y antimonio serían siempre mercurioy antimonio y el oro sería siempre oro. Nunca imaginaron que la transmutación de un elemento en otrovolvería a ser un tema de actualidad.

Cuando se estableció que las propiedades químicas del átomo dependen del comportamiento del núcleo yse comprendieron los cambios y las transformaciones que acompañan a la radiactividad, muchosinvestigadores concibieron una idea verdaderamente fascinadora. Pensaron que el hombre podría, tal vez,alterar el núcleo de un átomo estable convirtiendo deliberadamente un elemento en otro distinto.

Una vez más aparece en esta historia ese famoso personaje ya bien conocido en las páginas de este libro,Ernest Rutherford. Este científico pensó que era posible que el núcleo de un átomo pudiera alterarse al serbombardeado con partículas alfa, como las que emite la materia radiactiva. Bajo condiciones favorables,

estas partículas debieron de pasar muy cerca del núcleo, en cuyo caso podrían o bien desarreglar su formaoriginal, o bien, tal vez, combinarse con el mismo. Con esta idea bombardeó diversos gases con partículasalfa, y halló que en ocasiones una partícula alfa se combinaba con un núcleo de nitrógeno y que lacombinación resultante emitía inmediatamente un protón y se transformaba finalmente en uno de losisótopos de oxígeno. Ésta fue la primera vez que se produjo deliberadamente la transmutación de unelemento químico estable en otro. Desde entonces, casi todos los elementos conocidos han sidotransmutados por medio de bombardeo con diversas partículas. En esta forma, Rutherford llevótriunfalmente a cabo la primera reacción nuclear hecha por el hombre.

Esto es un auténtico ejemplo de transmutación, de conversión de un elemento en otro. En cierto modo, esla culminación de los viejos anhelos alquimistas, pero, desde luego, implica elementos y técnicas que los

alquimistas desconocían por completo. Esta rección ahora se puede expresar en forma taquigráfica:

14N (α, p)17 0

queriendo decir con esto que el átomo de nitrógeno-14 al capturar una partícula alfa, forma un núcleocompuesto muy inestable que al buscar su estabilidad emite inmediatamente un protón transformándoseasí en un átomo de oxígeno-17.

Hoy en día, el mercurio puede transformarse de hecho en oro, mediante técnicas nucleares; pero el costoactual de esta transmutación sería tan elevado que el proceso resultaría un fracaso económico. Comomuchos sueños, el de los alquimistas resultó finalmente no ser económicamente tan prometedor como

parecía.



Ahora se conocen gran número de reacciones nucleares, entre ellas la reacción de captura de un neutrón.Los núcleos al capturar un neutrón forman primero un núcleo compuesto excitado que a su vez, poremisión de rayos gamma de muy elevada energía, decae a un estado menos excitado. Esta interacción seconoce con el nombre de reacción nuclear (n, γ )

LA FISIÓN NUCLEAR: EL ROMPIMIENTO DEL NÚCLEO DEL ÁTOMO

Otra reacción nuclear sumamente importante en la serie de descubrimientos científicos es el rompimiento

del núcleo del átomo. Para hablar de este fenómeno, situémonos en el ambiente científico de los añostreinta. En 1934 ya se había descubierto la radiactividad artificial. Los científicos de esta época se pusierona trabajar inmediatamente en producir nuevos núcleos en forma artificial. En particular en estas áreas sedistinguieron tres grupos de investigadores encabezados por científicos notables: en Italia, Enrico Fermi;en Francia, los esposos Frédéric e Irène Joliot-Curie; en Alemania, Otto Hahn y su tía Lise Meitner.

Las primeras partículas utilizadas para bombardear los núcleos atómicos fueron las partículas alfa, que,por estar cargadas positivamente, eran rechazadas por los núcleos atómicos cargados tambiénpositivamente, ya que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen entre sí.

El descubrimiento del neutrón abrió nuevas posibilidades; por no tener carga se aceptó con verdaderoentusiasmo entre los investigadores nucleares, pues era el proyectil ideal para bombardear núcleos yproducir reacciones nucleares, con la ventaja de poder dispararse hacia el núcleo cargado sin temor a serrepelido por las cargas presentes, lo cual era una de las dificultades que presentaba la partícula alfa cuandose utilizaba como proyectil. En otras palabras, la trayectoria del neutrón en general no se afecta por loselectrones negativos del átomo, y no se desvía como una partícula cargada y sólo lo hace ocasionalmente através de colisiones con los electrones de la corona. Sin embargo, cuando se acerca mucho al núcleo, elneutrón queda sujeto a las fuerzas muy intensas que existen entre los protones y neutrones en el núcleo.

El primero que investigó en detalle el bombardeo con neutrones fue Enrico Fermi (Fig. 25). Comenzó sutrabajo casi inmediatamente después de enterarse del descubrimiento del neutrón. Él y sus colaboradoresprodujeron radiactividad en forma artificial, bombardeando los núcleos de los átomos ya no con partículasalfa sino con neutrones.

Figura 25. Enrico Fermi (al centro) acompañado por Ernest Lawrence e Isidor Rabi.

En esa forma produjeron nuevos núcleos de casi todos los elementos, muchos de ellos radiactivos, ydescubrieron un gran número de isótopos radiactivos. En su primera publicación sobre estos trabajos,Fermi reconoció que 47 de los 68 elementos que examinó al ser irradiados con neutrones se activarontransformándose en isótopos radiactivos.



Fermi descubrió en esa época un fenómeno que estaba muy relacionado con estos experimentos. Halló quelos neutrones eran particularmente eficaces para producir radiactividad si primero se hacían pasar a travésde agua o parafina. Los átomos de estos compuestos absorbían parte de la energía de los neutrones y éstosreducían su velocidad al atravesar los materiales ricos en carbono e hidrógeno. De este modo, losneutrones eran frenados hasta que se movían sólo con la velocidad normal de las moléculas a latemperatura ambiente. Tales neutrones lentos permanecían en las proximidades de un núcleo determinadodurante un tiempo más largo, y eran absorbidos con más probabilidad que los neutrones rápidos. Losneutrones lentos, así conseguidos, inducían más fácilmente la radiactividad al incidir sobre los elementos.Encontraron que en algunos casos la captura de un neutrón por un núcleo iba acompañada por la emisión

de una partícula beta. Esta reacción producía un átomo cuya carga nuclear positiva había aumentado enuna unidad y, por consiguiente, pertenecía en el próximo puesto más elevado en la tabla periódica.

Fascinados por estos resultados, Fermi y sus colaboradores concibieron la idea de hacer un ensayoparecido con uranio, el último elemento hasta entonces conocido en la tabla periódica. Así, bombardearonel uranio con neutrones, para ver si podían producir átomos más pesados que el uranio (elementostransuránicos), ya que en aquella época el uranio tenía el mayor número atómico de la tabla periódica, con92 protones. Fermi y sus colaboradores pensaban que el núcleo del uranio-238 al capturar un neutrónaumentaría su masa en una unidad y al decaer por una o varias desintegraciones beta podría producirelementos de 93, 94 o 95 protones.

Sin embargo, mucho después se tendría que reconocer que lo que estaban observando no eran loselementos transuránicos, como pensaba Fermi. De lo que sí se dio cuenta Fermi es que al bombardear eluranio y torio con neutrones lentos las radiaciones emitidas eran muy intensas; advirtió, además, que enestos dos elementos el fenómeno de activación era complejo y que en vez de producir un isótopo nuevo seproducía una mezcla de isótopos radiactivos.

El estudio de los efectos producidos por el bombardeo de uranio con neutrones resultó ser una tareacomplejísima. Los resultados formaron un laberinto tan difícil e intrigante que se trabajó arduamente porvarios años tratando de resolverlo.

Muchos laboratorios en esa época se dedicaron a buscar los elementos de más de 92 protones. Durantecuatro años, principalmente en laboratorios de Italia, Francia y Alemania, se bombardeaban los materialescon neutrones y se identificaban los productos radiactivos. Durante todo este tiempo se encontraronmuchos isótopos radiactivos, pero los resultados obtenidos confundían cada vez más a los investigadores,pues como consecuencia de bombardear el uranio con neutrones se encontraban continuamente nuevosproductos.

En esa época se multiplicaron las publicaciones sobre este tema, inclusive se consideró la posibilidad deque la creencia de Fermi respecto a haber obtenido elementos con 93, 94 o 95 protones era débil, y se hizover la posibilidad de que el uranio estallara y formara elementos más ligeros. ¡Cuánta razón tenían! Peroesta observación no fue tomada en cuenta. De haberse considerado, se hubieran evitado varios años deesfuerzo.

En el grupo francés también se analizaron estas posibilidades; los esposos Joliot-Curie y sus colaboradoresse quedaron asombrados de encontrar como producto del bombardeo del uranio con neutrones un elementocomo el lantano, el cual, como ellos sabían, solamente tiene 40 protones, mientras que el uranio tiene 92.

Cambiar el uranio en lantano significaba una disminución de... ¡52 protones! Sería como pensar que elátomo de uranio se hubiese partido aproximadamente por la mitad. Discutieron largamente este resultado ytrataron de explicarlo como producido por el rompimiento del uranio irradiado en dos fracciones, perofinalmente desecharon esta hipótesis y publicaron únicamente que habían encontrado un elementoradiactivo, que se podría separar junto con el elemento lantano.

Las controversias y discusiones que tuvieron los Joliot-Curie con el grupo alemán, particularmente con



Lise Meitner, excelente radioquímica berlinesa, y con su sobrino Otto Hahn (Fig. 26), fueron conocidas entodo el medio científico. Los científicos alemanes no podían creer que el experimento realizado en Franciaal irradiar el uranio con neutrones pudiera dar lugar al lantano. Sin embargo, para confirmar sus propiosresultados, Otto Hahn con sus colaboradores repitieron los experimentos en Alemania. Encontraron, por suparte, que el elemento radiactivo separado se comportaba como el bario, pero al verificar la técnicautilizada por el grupo encabezado por los esposos Joliot-Curie encontraron también, como ellos, lantanoen la mezcla.

Figura 26. Otto Hahn (1) y Lise Meitner acompañados por un grupo de eminentes científicos.

El panorama científico en esa época era bastante confuso. Cada grupo científico obtenía gran número deisótopos radiactivos al bombardear el uranio con neutrones, pero nadie había podido dar una explicacióncorrecta.

Fermi y sus colaboradores, en su búsqueda de elementos con un número mayor de protones que el uraniohabían encontrado algo que nunca pudieron explicar correctamente. Por su parte los esposos Joliot-Curie ysus c741adores se acercaron mucho a la verdad al pensar que el uranio podría dividirse en dos fracciones,pero no se atrevieron a definir y a apoyar su idea, que estaría de acuerdo con las predicciones hechasanteriormente. Por fin, en el año de 1939 Otto Hahn y sus colaboradores anunciaron la solución delproblema.

Su mérito principal fue el de interpretar correctamente el fenómeno. Efectivamente, los científicosalemanes encontraron que cierto núcleo de uranio —el uranio-235, como después se supo— se rompía alser bombardeado con neutrones lentos; es decir, se partía en dos fracciones que a su vez producíanelementos más ligeros, por lo general radiactivos.

A este fenómeno se le llamó fisión nuclear, siendo los productos de fisión los elementos ligeros formados.

La reacción en cadena

El artículo sobre la fisión nuclear del uranio, publicado por el grupo de Otto Hahn, llegó a manos deFrédéric Joliot unos diez días después. Es fácil imaginar la disilusión de los científicos franceses al saberque la idea que habían desechado era la respuesta a sus experimentos.

Como consecuencia del descubrimiento de la fisión nuclear se publicaron muchos artículos,principalmente en Alemania, Japón y Francia.

La noticia de este descubrimiento creó gran agitación entre los científicos, pues pensaban que un procesonuclear de esta naturaleza liberaría inmensas cantidades de energía.



La agitación fue aún mayor cuando se dieron cuenta de que el proceso de la fisión del núcleo ibaacompañada de la liberación de varios neutrones nuevos.

El grupo francés, en particular, se dedicó a investigar el recién descubierto fenómeno de la fisión nuclear.Frédéric Joliot en pocos días llegó a dos conclusiones de primordial importancia: que cada fisión nucleardebía liberar una cantidad de energía considerable y que junto oon los productos de fisión, tales como elbario o el lantano, con menos neutrones que el átomo de uranio original, debía emitirse uno o variosneutrones en cada fisión. Para realizar estas investigaciones Joliot formó un grupo de trabajo en el Colegiode Francia.

Los investigadores del Colegio de Francia compararon el conjunto de neutrones formado durante la fisiónnuclear con el de la población humana, en que ciertos individuos tienen descendencia mientras otros no latienen. Los neutrones que producen más fisiones son como los individuos que tienen descendientes,mientras que aquellos que no producen fisión y que sólo son absorbidos por la materia los compararon conlos individuos que no tienen descendencia. Para que la población de neutrones en el material fisionable semantenga constante, cada una de las fisiones debe dar origen por lo menos a una nueva fisión.

Joliot y sus colaboradores evaluaron la tasa de natalidad de los neutrones, es decir, el número de neutronesemitidos por cada fisión. Ahora se sabe que en cada fisión se liberan en promedio dos o tres neutrones. Susresultados mostraron la posibilidad de que, usándose un material de número pequeño, como el hidrógeno,para frenar a los neutrones generados en la reacción de fisión a fin de volverlos lentos, pudieran producirmás fisiones, y dar origen a más neutrones, y así sucesivamente, lo cual haría posible la generación dereacciones nucleares de fisión en cadena. Estos estudios mostraron la posibilidad de usar la fisión paraproducir energía.

De esta manera, el grupo formado por Joliot llegó a una nueva etapa en su trabajo: después de verificar elfenómeno de la fisión y la producción de neutrones, estudiaron la energía aprovechable producida por lasreacciones de fisión nuclear en cadena. En esta nueva etapa, el grupo del Colegio de Francia competía enuna carrera científica en la que participaban los países más poderosos de esa época. Después de muchosestudios llegaron a la conclusión de que podrían mantener una reacción en cadena en forma constanteutilizando uranio enriquecido en uranio-235 o bien uranio natural. Se dieron cuenta de que para hacerfuncionar un reactor nuclear con uranio natural era necesario contar con un material que les permitiera

frenar los neutrones de la fisión hasta convertirlos en neutrones lentos, y consideraron que el agua pesadaera el material adecuado.

Cada átomo de uranio fisionado provocaría la fisión de varios más (Fig. 27), en una reacción nuclear encadena, con un resultado semejante al de la reacción química en cadena. Pero como las reaccionesnucleares implicaban intercambios energéticos mucho mayores que las reacciones químicas, los resultadosde una reacción nuclear en cadena serían mucho más formidables. Partiendo de unos cuantos neutrones,con una insignificante energía, podrían liberarse reservas enormes de energía.



Figura 27. Diagrama de una reacción en cadena como resultado de la fisión de los átomos de uranio-235.

La enorme energía que se libera en el proceso de la fisión nuclear en cadena es aprovechada hoy día enmuchos países para producir energía eléctrica mediante reactores nucleares, los cuales también se usanpara otros propósitos, como son la producción de isótopos radiactivos y la investigación científica (Figs.28 y 29).

Figrua 28. Exterior del Centro Nuclear de Salazar, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares.(Fotografía: Roberto Campos.)



Figura 29. Interior del Centro Nuclear de Salazar, ININ.

REACCIONES SZILARD-CHALMERS

La ciencia se ve enriquecida continuamente con descubrimientos que permiten desarrollar nuevas técnicasque son factores decisivos para llegar a conocer mejor la estructura de la materia.

Este es el caso del descubrimiento que hicieron Fermi y sus colaboradores al descubrir que era posiblepreparar isótopos radiactivos bombardeando elementos químicos con neutrones. Sin embargo, los isótoposformados, en muchos casos, siendo isótopos del mismo elemento irradiado, no podían ser separados yaislados utilizando técnicas químicas. Esto indujo a Szilard y a Chalmers a buscar la forma de separar unisótopo radiactivo de otros isótopos del mismo elemento utilizando técnicas químicas.

La separación de los isótopos de un mismo elemento

En 1934 Szilard y Chalmers bombardearon una solución de yoduro de etilo (I-etilo) con neutrones,propiciando así una reacción de captura de neutrón por el núcleo del yodo y observaron que una parte delyodo-128, formado por la reacción de captura de un neutrón por el núcleo del yodo-127, se encontraba enforma de yodo libre y no en la forma del yoduro de etilo original.

Este experimento demostró que las consecuencias de la reacción nuclear en el átomo de yodo son capacesde romper el enlace I-etilo. Este efecto, conocido después como "Szilard-Chalmers", proporcionó en estaforma una manera muy simple de separar isótopos de un mismo elemento, por vía química. En general dosformas químicas diferentes de un mismo elemento se pueden separar fácilmente por técnicas químicas; eneste caso la técnica utilizada para separar el yodo y el yoduro de etilo fue la de extracción por solventesque se lleva a cabo por la agitación del producto bombardeado con neutrones en una mezcla de dos

líquidos, uno acuoso y otro orgánico. En la fracción orgánica encontraron el yodo-128 separadocompletamente de su isótopo el yodo-127. Este ejemplo muestra la forma de separar dos isótopos de unmismo elemento por medio de una operación química muy sencilla, mientras que la mayoría de losmétodos físicos para separar dos isótopos de un mismo elemento están basados en la diferencia de masa deellos, que es en general una diferencia pequeña. Esto hace que el procedimiento sea costoso y que precisede instrumentos muy complejos.

Fermi y sus colaboradores explicaron el efecto Szilard-Chalmers como la consecuencia del retroceso delnúcleo debido a la emisión del fotón en el proceso que conocemos como (n, γ ).

En general todas las transformaciones nucleares se acompañan de retrocesos nucleares más o menos

intensos que pueden dar lugar a un cambio del sistema electrónico del átomo, causando de esta forma



modificaciones químicas en la molécula en que se encuentra el núcleo transformado.

Si el átomo que sufre alguna de las transformaciones nucleares se encuentra formando parte de unamolécula, la energía de retroceso del núcleo transformado puede romper el enlace químico y quedartodavía con una energía muy elevada; a menudo, esta energía cinética es tan alta, que el átomo energéticono puede inicialmente formar combinaciones químicas. La energía se disipa por colisiones con otrosátomos del medio; y finalmente, después de que se frena parcialmente, tienen gran capacidad de reaccionarcon compuestos y radicales del Medio y formar por último un compuesto químico diferente al compuestooriginal del que partió.

La probabilidad de formación de nuevos núcleos por cualquiera de los procesos nucleares es, en lamayoría de los casos, muy pequeña: quizás uno de un millón de átomos pueda transformarse en otronúcleo; y en general es muy difícil detectarlo por los métodos analíticos tradicionales. Estos átomosnuevos, por lo general, son radiactivos; esto permite que se puedan detectar fácilmente por la radiaciónque emiten. En esta forma se puede estudiar su paso por la materia y su comportamiento.

Los efectos mencionados fueron usados en la práctica inmediatamente después de su descubrimiento; laprimera aplicación fue en la separación de isótopos radiactivos de los demás isótopos de un elemento. Unejemplo clásico está dado por la separación del radisótopo del cromo-50, que es uno de los isótopos delcromo que existen en la naturaleza; sometiendo este elemento a la acción de un flujo de neutrones se

obtiene cromo-51.Para que esta reacción nuclear produzca un cambio químico, es necesario que el cromo forme parte de uncompuesto químico adecuado. En el cromato de potasio, el cromo es hexavalente, es decir, utiliza seis desus electrones extranucelares. Al analizar el producto después de su irradiación con el cromo, parte delcromo-51 formado se encuentra en forma de cromo trivalente. Éste es un procedimiento sencillo paraseparar el isótopo de peso 51 de los otros isótopos del cromo, ya que la fracción del cromo-51 en formatrivalente se puede separar del cromo original por medio de técnicas químicas.

La separación química de isómeros nucleares

La misma técnica que se utiliza para separar isótopos se puede aplicar a la transición isomérica, y puede

emplearse para separar isómeros nucleares. Los isómeros nucleares son aquellos núcleos que tienen masasy cargas idénticas, pero diferentes propiedades radiactivas.

El núcleo metaestable puede decaer por emisión de radiación gamma a su isómero en el estado básico; elestado básico es el de más baja energía del isómero nuclear. A menudo estos isómeros nucleares en elestado básico también son radiactivos.

Un ejemplo muy interesante está dado por la separación del isómero nuclear en el estado base del selenio-81b, de su correspondiente isómero nuclear metaestable, selenio-81m, y los otros isótopos del selenio. Elselenio natural tiene varios isótopos, entre ellos el selenio-80. Las reacciones nucleares de captura deneutrones en los núcleos del selenio-80 producen los dos isómeros del selenio-81. Con la mezcla de

isómeros nucleares del selenio, es necesario formar un compuesto adecuado como el selenato de potasio.El selenio-81 m, al emitir radiación y decaer así por transición isomérica a selenio 81b, rompe susligaduras y se estabiliza en la forma de selenio-81b tetravalente. Como el selenio tetravalente se puedeseparar del selenio hexavalente por técnicas químicas, este efecto permite también separar, por métodosquímicos, los isómeros nucleares selenio-81b de los otros isótopos del selenio.



VI. LA RADIACTIVIDAD Y LA ESTIMACIÓN DE EDADES

PARA MEDIR la edad de las piezas arqueológicas, fósiles, yacimientos o la de la Tierra misma, serequiere de un reloj que permita medir el tiempo transcurrido desde que se fabricaron las piezas, desde quemurió la planta o animal que luego quedó en forma de fósil, desde que se depositaron los minerales en unyacimiento o desde que nació la Tierra misma.

En ocasiones, estos tiempos sólo son de miles de años, y en otras de miles de millones de años. El relojrequerido debe variar con el tiempo en una forma muy bien conocida. El decaimiento radiactivo poseeprecisamente estas características, ya que se puede considerar que decae en forma constante a través deltiempo, en ocasiones con una vida media relativamente corta, como la del carbono-14, de menos de 6 000años, y en otras con vidas extremadamente largas, como la del uranio-238, de 4 500 000 000 de años. Lavida media de cada radisótopo es una constante y se mantiene invariable a través del tiempo.

Para poder utilizar ese reloj se requiere conocer la concentración del material radiactivo cuando se inició elproceso cuya edad se desea estimar. También se requiere conocer esa concentración de material radiactivoen el momento actual. Utilizando la vida media del isótopo se puede calcular el tiempo transcurrido. Elproblema principal en la aplicación de estas técnicas es conocer la concentración inicial del material

radiactivo.

Cuanto mayor sea la vida media de un radisótopo es mayor su utilidad para estimar edades de piezas oacontecimientos más antiguos. Los radisótopos que se utilizan más a menudo para este propósito son elcarbono-14, el uranio-238, uranio-235, torio-232, rubidio-87 y potasio-40.

EL CARBONO- 14

El método del carbono-14 para determinar edades ha sido de gran importancia para encontrar laantigüedad de restos de animales de diferentes culturas, fósiles, etc. Aunque actualmente se utilizan otrosisótopos radiactivos de otros elementos con más éxito que éste, aquí se presenta al lector esta técnica

porque tuvo mucho éxito desde que fue propuesta por Libby hace ya muchas décadas.¿En qué se basa esta técnica? Son varios los procesos naturales que permiten aplicarla:

•Los neutrones producidos por la radiación cósmica reaccionan con el nitrógeno de la atmósfera a elevadasaltitudes sobre la superficie de la Tierra y forman el isótopo radiactivo carbono-14.

•Este carbono-14, a su vez, reacciona con el oxígeno de la atmósfera para formar el bióxido de carbono-14, que se mezcla uniformemente con el bióxido de carbono existente en la atmósfera.

•Las plantas utilizan y asimilan el bióxido de carbono-14 mezclado con el bióxido de carbono normal.

•Todo material viviente contiene, pues, carbono-14, que asimila de las plantas.

•Finalmente, cuando el ser viviente muere deja de asimilar carbono-14 y éste va decayendo de acuerdo conlas leyes del decaimiento radiactivo, de tal manera que una pieza se reconoce como antigua cuanto menoscarbono-14 contenga.

La proporción de radiactividad del carbono-14 en cualquier fracción de materia orgánica da así unamedida del tiempo transcurrido desde que dejó de existir como materia viviente.

La estimación de edades de materia orgánica utilizando el carbono- 14 ha encontrado aplicación enmuchos campos, pero las mediciones más espectaculares que se han logrado con este método han sido enmuestras arqueológicas. Por otra parte, la vida media relativamente corta de este isótopo radiactivo y



varias dificultades técnicas hacen que este reloj sea bueno únicamente para tiempos menores de unossesenta mil años.

ESTIMACIÓN DE EDADES GEOLÓGICAS POR LOS MÉTODOS RADIACTIVOS

Para la medida de edades geológicas, como la edad de ciertos yacimientos o la edad de la Tierra, seutilizan isótopos radiactivos de vidas medias muy largas.

Son muy pocos los átomos radiactivos con vidas medias del orden de la duración de tiempos geológicos.

Los geocronologistas usan principalmente tres relojes, los cuales se caracterizan por su par de átomos: elpadre, siempre radiactivo, y el hijo, que puede o no ser radiactivo. Estos métodos son conocidos con losnombres de potasio-argón, rubidio-estroncio y uranio-plomo, en virtud de que el primer isótopo de cadapar es el átomo padre, y el segundo su descendiente.

El potasio-40 al decaer da lugar al nacimiento del argón-40, que tiene una vida media de más de 1 260 000000 de años; el rubidio-87, por su parte, da lugar al nacimiento del estroncio-87, con una vida media de 48000 000 000 de años; y finalmente, el uranio-235 y el uranio-238 tienen por descendientes dos isótoposestables del plomo, de peso 204 y 206, respectivamente.

Estos isótopos radiactivos padres generan a sus descendientes muy lentamente, en el transcurso demillones y millones de años. Al analizar una muestra de acuerdo con la presencia del isótopo hijo, sea

radiactivo o no, puede determinarse, con ayuda de las leyes del decaimiento radiactivo, el tiempotranscurrido desde la formación del yacimiento o de la Tierra. En este caso, una mayor cantidad delisótopo hijo indica una mayor antigüedad de la muestra.

Simples en principio, estos métodos para estimar edades deben ser aplicados con mucha precaución. Enefecto, se puede calcular la edad por estos métodos si, a partir de la fecha en que se depositó el yacimientoo se formó la Tierra, no ha habido movimiento de los descendientes y los padres del par radiactivo en lamuestra; es decir, si no ha habido aporte ni pérdida de los elementos allí presentes.

En esta forma se calculó que la corteza sólida de la Tierra debe de haber existido desde haceaproximadamente cuatro mil quinientos millones de años.



VII. LA ENERGÍA Y EL NÚCLEO DEL ÁTOMO

YA A PRINCIPIOS del siglo, en 1902, Pierre y Marie Curie habían notado que cada átomo de unasustancia radiactiva funciona como una fuente constante de energía; y poco después, en 1903, Rutherfordy Soddy habían hecho ver que esa energía salía del interior del átomo y que debía de ser enormecomparada con la producida por cambios químicos. Ahora se sabe que esa energía proviene del núcleo delos átomos.

Pero ¿cuál es el origen de toda esa energía del núcleo del átomo? Fue Albert Einstein (Fig. 30) quien en1905 propuso una teoría en la que se asevera que la energía y la masa son diferentes aspectos de lo mismo,y que la relación se puede expresar por la siguiente ecuación:

E = mc2,

donde E representa la energía, m la masa y c la velocidad de la luz en el vacío. Esta ecuación indica que lamasa se puede transformar en energía y la energía en masa y, además, que una pequeña cantidad de masase transforma en una cantidad de energía verdaderamente asombrosa, pues el valor de c es una cantidadmuy grande, y al elevarla al cuadrado se vuelve enorme.

Figura 30. Albert Einstein.

Como los núcleos de los átomos están formados de protones y neutrones, es de esperarse que la masa delnúcleo pudiera determinarse sumando la masa de ellos. Sin embargo, se demostró, con gran sorpresa de loscientíficos, que la masa total de un núcleo es diferente de la suma de la masa de los protones y neutrones.Todos los núcleos de los elementos ligeros, excepto el del hidrógeno, pesan menos que la suma de las

masas de sus neutrones y protones.Esta diferencia se conoce como defecto de masa. Y ¿en qué se convierte el defecto de masa? Al fusionarselos nucleones para formar un átomo de helio-4 se desprende una enorme cantidad de energía, conocidacomo energía de fusión. (Véase la Fig. 31.)



Figura 31. Dos protones y dos neutrones son más pesados que el núcleo del helio, que está formadoprecisamente por dos protones y dos neutrones; la diferencia se transforma en energía.

Si en una reacción nuclear se produce una pérdida de masa, la masa que ha desaparecido debe, de acuerdo

con la ecuación de Einstein, presentarse en forma de energía. Estas relaciones de masa y energía muestranla inmensa importancia del hecho de que la masa atómica exacta de la. mayoría de los isótopos no es unnúmero entero.

En el proceso de la desintegración del radio, la energía se desprende muy poco a poco. La masa de losproductos hijos es ligeramente menor que la masa del radio, pero esa pequeña fracción de masa seconvierte en una cantidad enorme de energía.

De acuerdo con Einstein, para obtener la energía equivalente de un miligramo de materia nuclear, serequiere la combustión de más de 2 000 kilogramos de carbón.

En general, la energía nuclear es millones de veces mas eficiente que la energía obtenida por lacombustión al carbón, pero el tiempo que se requiere para aprovecharla es muy largo. Habría que esperar 1600 años para extraer la mitad de la energía proveniente de una muestra de radio, mientras que el calorproducido por la combustión del carbón se puede obtener mucho más rápidamente. Sin embargo, laenergía nuclear se puede liberar en forma muy rápida mediante reacciones nucleares; una de ella es lareacción de fisión nuclear del uranio-235, de que ya hablamos (pp. 80-85), y otra es la reacción de fusiónde los núcleos ligeros, como los núcleos de hidrógeno para formar núcleos de helio.

¿SE PUEDE APROVECHAR LA ENERGÍA ENCERRADA EN EL ÁTOMO?

La energía nuclear se ha aprovechado en la Tierra desde hace miles de millones de años. Esta energíaproviene principalmente del Sol, de la energía geotérmica y, mucho más recientemente, se aprovecha la

energía de la fisión del uranio-235.

Energía solar

La energía solar es en realidad energía nuclear que se produce en el centro del Sol y es irradiada a todo elsistema planetario.

Una teoría afirma que la energía solar se deriva, en parte por lo menos, de una reacción en la que losnúcleos de helio se construyen directamente a partir de los núcleos de hidrógeno y es, probablemente, laresponsable de la generación de energía en la mayoría de los astros. En algunas estrellas, sin embargo, secree que existen otras reacciones nucleares más importantes que son la causa de la energía de estos astros.



En estas reacciones nucleares participan otros elementos ligeros. El interior de tales estrellas, aunque muycaliente, no lo es suficientemente para permitir que el hidrógeno se convierta en helio.

La Tierra aprovecha sólo una pequeñísima fracción de esta energía solar: menos de 1 parte de cada 10 000de las radiaciones que emite el Sol.

Energía geotérmica

Sin el calor de la radiactividad es probable que no existiera en la Tierra ni atmósfera ni océanos. La

historia de la Tierra es una historia de calor en la que se ha gastado una cantidad inmensa de energía en laconstrucción de montañas, volcanes y otros fenómenos que han formado los continentes, los océanos y laatmósfera. Exceptuando la energía superficial que proviene del Sol, el resto de la energía de la Tierraproviene de su interior. Esta energía térmica tiene su origen en dos fuentes principales: el calor heredadode la formación de la Tierra y el calor generado por transformaciones nucleares.

Esta energía geotérmica proviene del centro de la Tierra; su temperatura aumenta en profundidad a partirde una línea llamada isogeoterma. A partir de ella, la temperatura aumenta a razón de 1 grado centígradopor cada 33 metros de profundidad, lo cual provoca la formación del magma, que es un fluido atemperaturas enormes que se encuentra en las profundidades de la Tierra. La energía nuclear que permiteeste calentamiento del magma y esa enorme energía encerrada en la Tierra es producida por laradiactividad de los isótopos inestables, que al irse desintegrando depositan su energía en sus alrededores,calentando así las vecindades del núcleo desintegrado.

Energía producida por la fisión del uranio-235

Seguramente cuando Einstein encontró la ecuación que relaciona la masa y la energía nunca imaginó quese pudiera comprobar algún día si era válida; pero ahora la cantidad de energía que se produce en elproceso de fisión nuclear de un átomo de uranio-235 proporciona la prueba de su ecuación.

La energía contenida en un kilo de uranio equivale a la producida por la combustión de millones dekilogramos de carbón. Sin embargo, no es tan sencillo utilizar esta energía como parece a simple vista.

La manera de extraer energía del uranio es muy diferente a aquella utilizada tradicionalmente para extraerenergía de la combustión de carbón, gasolina, madera, etc. Si esperamos a que la radiación alfa que emiteel uranio libere la mitad de la energía que tiene encerrada en su núcleo, se requerirían miles de millones deaños de espera. Para extraer en forma eficiente la energía del uranio se requieren los reactores nucleares,en donde, en forma controlada, por medio del proceso de fisión del uranio-235 se libera una enormecantidad de energía del núcleo del átomo. Así pues, sólo si se dispone de los reactores nucleares adecuadosy de otras instalaciones es posible aprovechar este elemento.

El uranio-235 se fisiona mucho más fácilmente que el uranio-238, ya que este último isótopo del uraniosólo suele capturar neutrones sin producir fisión; pero desafortunadamente el uranio natural está formadoprincipalmente por uranio-238 en un 99.27% y uranio-235 en un 0.72%.

De hecho, el núcleo del uranio-235 es bastante inestable: esto es, se encuentra bajo una tensión próxima ala rotura interna; por esto, un neutrón que se le acerque puede fisionarlo rápidamente.

A fin de hacer posible el aprovechamiento del uranio para producir energía, en ocasiones se requiere



aumentar el porcentaje de uranio-235, procedimiento que se denomina enriquecimiento de uranio enuranio-235.

El reactor nuclear libera la energía nuclear del uranio-235 en forma de calor, el calor se emplea paraproducir vapor de agua y el vapor para generar electricidad con un equipo eléctrico convencional.



VIII. EL REACTOR NUCLEAR DE OKLO

DESPUÉS DE haber realizado un recorrido de 90 años a través de la historia de la radiactividad, ahoratrataremos de un hecho descubierto hace poco tiempo.

La compañía de minas de uranio de Franceville, Gabón, África (Fig. 32), concentraba el uranioproveniente de las minas de uranio con el propósito final de producir combustible para reactores nucleares.

En el mercado de uranio enriquecido, la concentración de uranio-235 en la naturaleza es un valor dereferencia que se expresa en un porcentaje de la masa total de uranio, y es de poco menos de 0.72%. Seutiliza en los contratos de enriquecimiento para evaluar el trabajo de separación. Esta norma parece serrepresentativa del contenido isotópico del uranio-235 de la mayor parte del uranio natural conocido. Peroen el año de 1972 se dio a conocer un fenómeno realmente curioso en la compañía de minas: se encontróun contenido demasiado bajo de uranio-235 en su producto. Rastreando el fenómeno, se descubrió que esemineral provenía precisamente de la cantera de Oklo. Este yacimiento de uranio abarca una superficie deaproximadamente 35 000 km2.

El impacto de este descubrimiento fue tan grande que se tomó la decisión de interrumpir la explotación delmineral para permitir estudios científicos del fenómeno. Como consecuencia de estos estudios, en 1975 serealizó en Libreville, Gabón, un coloquio internacional, que fue el primero de una serie, ya que este hechonotorio fue el objeto de numerosos trabajos y muchos coloquios consagrados a los aspectos geológicos,geoquímicos y nucleares del fenómeno.

Los estudios permitieron realizar una evaluación muy completa sobre el fenómeno, incluyendo la cantidaddel uranio-235 faltante de los depósitos del mineral de uranio. ¿Cómo se podría explicar la pérdida de

uranio-235? ¿Podría deberse a un consumo de este isótopo del uranio en un proceso de fisión nuclear?De hecho, hacía ya varios años, en 1956, mucho antes del descubrimiento realizado en Oklo, un físiconorteamericano, P. K. Kuroda, había considerado la posibilidad de que la fisión nuclear pudiera habersepresentado hace miles de millones de años.

Ya es bien conocido por el lector que el uranio en la naturaleza está formado de varios isótopos, pero sondos los que existen en mayor cantidad: el más abundante por mucho es el uranio-238, y el menos el uranio-235, pues el uranio-235, siendo más inestable, tiene -una vida media más corta que el uranio-238. Ya se havisto también la propiedad que tiene el uranio-235 de fisionarse mucho más fácilmente que el uranio-238al interactuar con los neutrones lentos. De hecho, se requiere el combustible de uranio enriquecido enuranio-235 para extraer comercialmente la energía de su núcleo en un proceso en cadena.



El uranio no ha tenido siempre la misma relación isotópica en la naturaleza, ya que hace aproximadamente700 000 000 de años existía dos veces más de uranio-235, pero la cantidad de uranio-238 era muy pocomayor a la que existe actualmente. Por esto, la cantidad de uranio-235, que es el que se puede fisionar másfácilmente, ha disminuido de modo constante en el transcurso de los tiempos. Se puede decir que el uranionatural de eras geológicas pasadas era más rico en el isótopo uranio-235 que el uranio natural actual.

De acuerdo con estas ideas, Kuroda supuso que en la naturaleza pudiera haber habido reacciones de fisiónnuclear espontánea de uranio-235 en un pasado muy lejano, cuando el contenido del uranio-235 erasuficientemente elevado en los yacimientos de uranio. Pero era necesario que se reunieran variascondiciones para que la fisión nuclear espontánea se pudiera realizar: fuertes concentraciones de uranio,presencia de un moderador de neutrones, es decir de material que frenara neutrones para hacerlos lentos, laausencia de boro, que tiene una capacidad enorme de absorber neutrones lentos. De acuerdo con Kuroda,la probabilidad de que tal fenómeno pudiera haber sucedido aumentaba a medida que aumenta laantigüedad del evento. Cuando se descubrió el fenómeno de Oklo, era, pues, muy importante precisar todala información sobre estos yacimientos para poder decidir si la pérdida del uranio-235 se debía a unfenómeno de fisión nuclear natural.

Efectivamente, como consecuencia de los estudios sobre los yacimientos de minerales de uranio en Oklo ypara explicar el fenómeno presentado en la relación isotópica del uranio natural, los científicos llegaron ala conclusión de que en el pasado lejano del depósito, ese isótopo del uranio de masa 235 había sido

consumido por una reacción de fisión nuclear en cadena en un reactor natural cuyo funcionamientotransformó profundamente la composición química e isotópica de los minerales presentes en las zonas dereacción. El fenómeno se confirmó principalmente por el estudio de los productos de fisión característicosen los minerales. Estos productos de fisión, en particular el neodimio, tienen una composición isotópicamuy diferente que la de los elementos naturales. Los estudios detallados realizados desde eldescubrimiento del fenómeno permitieron localizar las zonas de reacción que constituyen los reactoresfósiles. Se demostró que este fenómeno extraordinario fue muy extenso, pues aparentemente faltan más de500 kg de uranio-235 en estos yacimientos.

La estimación de la antigüedad del sitio fue determinada por los métodos rubidio-estroncio y potasio-argón, mencionados anteriormente, en distintos tipos de rocas existentes en diferentes puntos del

yacimiento. Para precisar la edad de la mineralización del uranio del yacimiento de Oklo, se aplicó elmétodo de uranio-plomo sobre los minerales situados en el exterior de las zonas de reacción, que contiene,por lo tanto, el uranio de composición isotópica normal. Se concluyó, además, que las condiciones delfuncionamiento de los reactores de Oklo se encontraban probablemente reunidas desde que se depositó eluranio, ya que, en esa época, la composición química e isotópica del mineral consistía en una mezcla de93% de uranio-238, 3% de uranio-235 y 4% de plutonio-239. Esta composición se determinó por elestudio de los productos de fisión allí presentes. Todas estas medidas permiten atribuir a estos yacimientosuna edad de aproximadamente 1 800 000 000 de años.

Actualmente está ya bien establecido que las condiciones que se reunieron en Oklo hace 1 800 000 000 deaños cumplían con lo previsto por Kuroda: una concentración elevada de uranio, abundancia isotópica

suficiente de uranio-235, la presencia de agua como moderador, la ausencia de venenos, como las tierrasraras. La abundancia de uranio-235 era entonces de 3%. Su valor actual en otros yacimientos es de 0.72%,pero ha sido considerablemente disminuido en los yacimientos de Oklo hasta 0.3%. Todos estos datospermitieron evaluar la amplitud del fenómeno, localizar el sitio con precisión y predecir la fecha en que seprodujo el fenómeno. De acuerdo con estos estudios, se encontró que el reactor nuclear de Oklo estuvooperando durante 500 000 años, desde la época en que se mineralizó el uranio en esa zona; es decir, desdehace 1 800 000 000 de años, como ya hemos visto.

Actualmente se conocen varios reactores nucleares, los cuales fueron encontrados en los mismosyacimientos muy cerca unos de otros, y representan un campo de investigación extremadamente fructífero.

Estos descubrimientos probaron en todos los casos que los fenómenos de la aparición de reactores



naturales no fueron fenómenos aislados en los yacimientos, y que aparecían cada vez que había unaconcentración local suficientemente elevada de uranio.



IX. LAS APLICACIONES DE LA RADIACTIVIDAD

LA PROPIEDAD de los isótopos radiactivos de emitir espontáneamente radiación alfa, beta y gamma haencontrado amplia aplicación, se emplea como herramienta para hacer estudios en la investigacióncientífica y, desde el punto de vista práctico, se utiliza en muchas áreas, como en ecología, medicina,agricultura, industria y biología.

La utilidad que brindan los isótopos depende de sus propiedades, en particular del tipo de radiación queemiten, la energía de ésta y su vida media. Como ejemplo, presentamos las siguientes aplicaciones:

Análisis de elementos que se encuentran en concentraciones muy bajas.

Trazadores en estudios de procesos físicos, químicos, biológicos y médicos.

Control del espesor de hojas y láminas en las industrias del papel, del hule, etc.

Control del llenado de líquidos en frascos y latas en industrias como la cervecera y la de envasado dealimentos.

Fuentes intensas de radiación en radiografías industriales y de la medicina nuclear.

Esterilización de material quirúrgico desechable.

Esterilización de productos químicos y biológicos.

ANÁLISIS POR ACTIVACIÓN

La sensibilidad de las técnicas químicas en general varía grandemente. Algunas de ellas son sensibles tansólo para algunos elementos, ya que no existe el método perfecto para analizar todos los elementos con lamáxima sensibilidad. Ahora sabemos que los minerales de uranio tienen fracciones de menos de una parte

de radio en un millón de partes del mineral. Es fácil comprender la razón de que se desconociera laexistencia del radio en el siglo pasado: no existía una técnica suficientemente sensible para analizarlo. Lastécnicas químicas tradicionales se basan en los procedimientos utilizados durante mucho tiempo de separarlos diversos elementos en fracciones químicas, como lo hizo Madame Curie, hasta dejar aislados loselementos polonio y radio. Actualmente estas técnicas tradicionales se usan poco, ya que aparecen cadadía técnicas nuevas, la mayoría de ellas instrumentales.

Entre estas técnicas se encuentra el análisis por activación, que, teniendo una sensibilidad muy alta, puededeterminar hasta centésimas de partes por millón de ciertos elementos, como la plata. En esta técnica seproduce radiactividad artificialmente, tal como lo hizo Fermi, irradiando los elementos con proyectiles,principalmente con neutrones. Las radiaciones emitidas por estos isótopos radiactivos y su vida media

permiten encontrar indirectamente la concentración del elemento original sometido al análisis.

Encontrar el elemento por los efectos que produce la irradiación con neutrones es como encontrar elllavero que toca unas notas musicales cuando el distraído dueño que lo ha perdido emite un silbido.

En esta comparación, el silbido del dueño del llavero es análogo al flujo de neutrones, que penetran enalgunos elementos con mayor probabilidad que en otros, por lo tanto los activan y emiten radiaciones: elequivalente de las notas musicales del llavero. El símil del oído del dueño del llavero es un detector deradiaciones que registra los elementos que se han radiactivado (Figura 33).



Figura 33. Los elementos se vuelven radiactivos cuando se les bombardea con neutrones, y entoncesse pueden identificar y medir por las radiaciones que emiten. Esto es semejante al llavero que alpercibir un silbido produce una tonada y por este sonido se le puede encontrar.

Arsénico en un cabello de Napoleón El análisis por activación ha sido muy útil para encontrar ciertos elementos en pequeñas cantidades.

El cabello humano contiene pequeñísimas cantidades de elementos, como sodio y cobre. El análisis poractivación ha demostrado que las cantidades de estos elementos presentes en cada cabello varían de unindividuo a otro, pero son relativamente constantes en cada persona. En Canadá se acusó a una persona deasesinato porque se probó que un cabello encontrado en las manos de la víctima era semejante al cabellodel acusado; este resultado se obtuvo por el análisis de las trazas de los elementos obtenidos por la técnicade análisis por activación en los cabellos tanto del acusado como de la víctima.

Si una persona muere por envenenamiento puede a veces determinarse con análisis por activación la razón

de su muerte. Dosis de arsénico, aunque no letales, pueden detectarse en ocasiones en el cabello delindividuo que lo ha tomado. Este veneno se distribuye de la raíz del cabello a las extremidades. Cabellosaun muy antiguos pueden analizarse con éxito para determinar la presencia de arsénico y otros residuospor medio de este análisis.

Unos científicos ingleses descubrieron excesos de arsénico en una reliquia consistente en cabellos de lacabeza de Napoleón. En virtud de este descubrimiento, existe ahora la sospecha de que Napoleón fueenvenenado lentamente con arsénico.

El análisis por activación no se aplica solamente en estas actividades siniestras relacionadas con casos deasesinatos. Además de facilitar la identificación del cabello humano, también puede utilizarse para

comparar manchas de grasa muy pequeñas, partículas de polvo invisibles a simple vista y partículas depintura de automóvil, también casi invisibles, en casos de accidente. Dichos estudios se pueden hacer dedos maneras: identificando partículas de material abandonadas en el lugar del delito por el supuestocriminal, o partículas del lugar del crimen llevadas consigo por el presunto criminal. Otra ventaja de esteanálisis es que las muestras sometidas a examen no sufren daño alguno y pueden, por lo tanto, admitirsecomo prueba en los tribunales.

ISÓTOPOS RADIACTIVOS PARA MARCAR ÁTOMOS

Quizás el uso más importante de los isótopos radiactivos producidos artificialmente es como "trazadores",que es el nombre que se emplea más a menudo.



Tanto en los procesos naturales como en los artificiales, se acostrumbra marcar algunas especies de ungrupo grande para estudiar sus movimientos y sus desplazamientos. Estas especies marcadas se conocencon el nombre de trazadores, y en particular nos interesan aquellos que son radiactivos.

Un trazador radiactivo en los procesos físicos, químicos o biológicos se puede comparar con la marca quese coloca en la pata de un ave, que permite determinar la ruta que siguen las aves de su especie durante susvuelos. De una cantidad muy grande de aves se les pone la marca sólo a un cierto número conocido deellas. Después de que las aves se desplazan, se busca a las que tienen marcas, y los lugares en donde seencuentran indican la ruta que van siguiendo y el número de ellas que se encuentran permite calcular el

número de aves que se han desplazado. Este mismo método se utiliza para determinar el número de pecesde cierta especie en un lago. Se marca un número determinado de peces y se dejan libres en el lago.Después de un tiempo se pesca una muestra. La proporción de peces marcados y no marcados permitemedir el número de peces del lago. Los trazadores radiactivos se comportan como las aves o pecesmarcados (Fig. 34(a)).

Figura 34 (a). Si se marcan 1 000 peces y se depositan en un estanque y un tiempo después se pescan

sólo 9 de los marcados y 580 no marcados, el estanque tiene aproximadamente 580 x 1 000 / 9 = 64444.

La mayoría de los fenómenos que se efectúan en la naturaleza y los procesos que se realizan en loslaboratorios y en la industria están basados en el movimiento de los átomos y de las moléculas: porejemplo, la corriente de los ríos, el movimiento de las masas aéreas, la fabricación de productos químicos,la explosión de la dinamita, etc. Para investigar las trayectorias de un elemento y su forma química através de los procesos se necesita conocer los cambios de posición de los átomos y las moléculas. Si éstosse marcan como las aves, se puede seguir su trayectoria durante las diferentes transformaciones.

Sin embargo, surge una duda: ¿se pueden marcar los átomos y moléculas con material radiactivo como se

marcan los peces en un estanque? Efectivamente, sí se pueden marcar.

Los radisótopos de un elemento son idénticos a los isótopos estables del mismo; por lo general,químicamente es imposible diferenciar un átomo radiactivo de otro que no lo es. Gracias a esto, se les haencontrado múltiples aplicaciones como trazadores en la industria, en la medicina, en la agricultura, en labiología y en varios campos de la investigación científica. Estas aplicaciones se basan en la posibilidad dedetectar fácilmente la radiación emitida por una cantidad muy pequeña de un isótopo radiactivo, arrastradopor el isótopo inerte del mismo elemento, lo cual permite determinar la trayectoria de este último endeterminado proceso químico, físico o biológico.

Los isótopos radiactivos se emplean en varios procesos industriales. Se utilizan en algunas reacciones

catalíticas en la industria química. Los investigadores los han encontrado muy útiles en los estudios de las



moléculas.

Pequeñas cantidades de sustancias radiactivas se mezclan con los materiales que se mueven a través desistemas complicados. Su paso a través del sistema puede ser detectado por un medidor de radiaciónGeiger-Muller. Los trazadores se utilizan, además, para detectar fugas en tanques, válvulas y otroscontenedores. También permiten determinar la cantidad de gasto al que se le ha sometido a una parte de unequipo. Gracias a la alta sensibilidad de las técnicas para medir radiaciones, se puede conocer lascantidades pequeñísimas de un catalizador utilizado en el proceso si se marca éste con un isótoporadiactivo. (Fig. 34(b)).

Figura 34 (b). Si para producir 1 000 kg de un producto químico se utiliza 1 g de un catalizador demolibdeno marcado con 10 µCi* de molibdeno radiactivo y después del proceso un muestreo indicaque se recupera 9.9999 µCi de este radisótopo, entonces la cantidad de catralizador utilizado en elproceso es: 10 - 9.9999 / 10 = 0.00001 g

Los sistemas vivientes también pueden ser estudiados por trazadores radiactivos. Por ejemplo, loscientíficos agregan trazadores a los alimentos absorbidos por las plantas. Por medio de la utilización de losdetectores de radiación se puede seguir el paso de los alimentos a través de los tejidos de la planta. Losinvestigadores han aprendido mucho acerca de la fotosíntesis —la "manufactura" de alimentos en la plantacon la ayuda de la luz, por decirlo así— utilizando isótopos radiactivos de carbón como trazadores.

Los isótopos radiactivos han hecho posible grandes avances en el conocimiento médico. Los trazadoreshan ayudado a realizar estudios sobre el cáncer, sistemas que forman la sangre, metabolismo del hierro yactividad de las hormonas. Asimismo, han permitido conocer el funcionamiento del hígado y riñón. Porotra parte, con la ayuda de estos trazadores se ha podido determinar, por ejemplo, la formación devitaminas, drogas y leche.

Se han realizado gran número de investigaciones en procesos bioquímicos; por ejemplo: el estudio delmetabolismo de las grasas y formación del colesterol, la biosíntesis de aminoácidos en el interior de las

células y estudios de genética.

El isótopo radiactivo más utilizado en medicina nuclear es el yodo-131, que se aplica para realizar grannúmero de estudios en el ser humano, como la medición del volumen sanguíneo, detección de problemasdel corazón, hígado, tiroides, metabolismo de las grasas, tumores cerebrales, etc.

El segundo isótopo radiactivo más importante en medicina nuclear es el tecnecio-99m, se utiliza para eldiagnóstico de tumores; el cromo-51 también se utiliza en medicina nuclear para determinar el volumentotal de eritrocitos; el arsénico-74 para localizar tumores cerebrales; el cobalto-60 para el estudio de laanemia perniciosa, y el sodio-24 se ha utilizado para determinar el flujo sanguíneo.

En la agricultura se han empleado los radisótopos de fósforo, nitrógeno y potasio para investigar el



metabolismo y la nutrición de las plantas. Se descubrió que las plantas asimilan una proporción mayor defertilizantes a través del follaje que a través de las raíces. Cuando se deposita el fertilizante en el suelo sepierde al ser arrastrado por el agua.

Los radisótopos han sido utilizados como trazadores para estudiar la acción de los herbicidas y también larelación de insectos y plantas, como en el transporte del polen por los insectos y la dispersión de insectosbenéficos o dañinos para la agricultura. Los isótopos radiactivos también se han utilizado como trazadorespara estudiar la contaminación de alimentos por insecticidas y herbicidas; en algunos casos, se demostróque ciertos compuestos se degradan en poco tiempo y dejan de ser un peligro para la salud de los

consumidores.

ISÓTOPOS RADIACTIVOS COMO FUENTES INTENSAS DE RADIACIÓN

Las fuentes muy intensas de isótopos radiactivos, en particular de cobalto-60, se utilizan también paravarios propósitos. Se emplean fuentes intensas tanto para esterilizar material quirúrgico de polietileno, elcual no puede ser esterilizado con calor, como en las radiografías industriales.

Algunas enfermedades han sido combatidas con éxito con la ayuda de los isótopos radiactivos. Porejemplo, varios tumores cancerosos pueden ser destruidos por la radiación producida por estos isótopos; enparticular, para este propósito, se utiliza la radiación que emite el cobalto-60.

Las radiaciones intensas se han utilizado también en la agricultura para producir nuevas especiesvegetales; asimismo, han resultado muy útiles en la conservación de los alimentos por una o más semanas,según el alimento. La esterilización efectuada con dosis mucho mayores conserva algunos alimentos pormeses.

ISÓTOPOS RADIACTIVOS PARA MEDIR ESPESORES DE HOJAS Y LÁMINAS

Las radiaciones de los isótopos radiactivos, por lo general emisores beta, se utilizan en la industria para lamedición del espesor de hojas de papel, plástico y hule y otros materiales. La fuente radiactiva se colocaen un lado del material que se quiere medir y del otro lado se coloca un detector que mide la radiación betaemitida por la fuente radiactiva. Como la radiación beta no es muy penetrante, la indicación dada por el

detector dependerá del espesor del material. Cuanto más débil sea la señal, el espesor es mayor.

El fenómeno de la radiactividad permitió al científico adentrarse en una aventura maravillosa. Al tratar decomprenderla realizó diversos descubrimientos fundamentales en el desarrollo de la ciencia; pero suimportancia principal radica en haber abierto la ruta a una serie de hallazgos que fueron piedras angularesde la física y la química.

En este libro se han relatado diversos hechos relacionados con la radiactividad, su descubrimiento, sudesarrollo y sus consecuencias. Entre éstas la más importante consiste en haber llegado a conocer laestructura del átomo, misterio que había permanecido oculto para el hombre durante miles de años. Apartir de esto, investigaciones posteriores mostraron que la radiactividad se encuentra distribuida

abundantemente en la naturaleza, pero que también puede ser producida por el hombre en forma artificial.Como consecuencia de este último descubrimento, los científicos comenzaron a alterar los núcleos de losátomos con la esperanza de encontrar nuevos elementos, y en su afán de lograrlo lo dividieron enfracciones, dándose cuenta en esta forma de la enorme cantidad de energía que podía desprenderse de él.

El propósito de este libro fue el de mostrar cómo una serie de experimentos realizados a fines del siglopasado y que pudieron pasar desapercibidos desencadenaron una serie de descubrimientos que llevaron almundo, en menos de medio siglo, a la era científica más destacada de la historia.

NOTAS



* µCi es la milonésima parte de un curie(Ci), unidad de radiactividad originalmente basada en la rapidezde desintegración de un gramo de radio.



GLOSARIO

alfa: nombre dado a la radiación o partícula emitida por un núcleo inestable; está formada por dosneutrones y dos protones, o sea, un núcleo de helio-4. Se representa por el símbolo α.

átomos: corpúsculos eléctricamente neutros que constituyen los elementos químicos. Cada átomo constade un núcleo, formado esencialmente por neutrones y protones, y de electrones, que se muevenvelozmente alrededor del núcleo.

beta: nombre dado a la radiación o partícula que consiste en un electrón, positivo o negativo, emitido en ladesintegración de un núcleo átomico. Se representa por el símbolo ß..

centelleo: véase detector por centelleo.

decaimiento radiactivo: transformación de un núcleo por emision espontánea de radiación o partículas opor captura de uno de sus electrones.

detector: dispositivo destinado a detectar la radiación.

detector Geiger-Muller: detector de radiación que consta de un tubo en el que se encuentra confinado ungas de un ánodo y de un cátodo. Mide las radiaciones por el efecto de la ionización que producen en el gasal pasar a través de él. Se mide la corriente de los iones producidos.

detector por centelleo: detector de radiaciones cuyas señales son los destellos producidos por la radiaciónen una sustancia luminiscente.

deuterio: isótopo natural del hidrógeno cuya masa es de 2 u. Se representa por el símbolo D. Su núcleo, eldeuterón, contiene un protón y un neutrón. Su abundancia es muy pequeña en la naturaleza.

deuterón: núcleo del deuterio. Se representa por el símbolo d.

electrón: partícula elemental estable que forma parte de los átomos y que posee la mínima carga deelectricidad negativa detectada hasta ahora.

elemento químico: sustancia formada por átomos que tienen el mismo número de protones en el núcleo.Por lo general tiene varios isótopos naturales.

enlace químico: véase energía de enlace.

energía de enlace de una partícula: energía mínima necesaria para lograr su extracción del sistema alque pertenece.

fisión nuclear: reacción nuclear en la que tiene lugar la rotura de un núcleo pesado, generalmente en dosfragmentos, cuyos tamaños son del mismo orden de magnitud. Esta reacción se acompaña de emisión deneutrones y radiaciones, con liberación de una gran cantidad de energía. Por lo general, se produce comoconsecuencia de la captura de un neutrón.

fotón: partícula elemental, con masa en reposo y carga nulas. Es el cuanto elemental de energíaelectromagnética y es responsable de la interacción electromagnética. Su símbolo es γ . Véase radiacióngamma.

Geiger-Muller:véase detector Geiger-Muller.



isómero: en física nuclear se llama así a cada uno de los núcleos que tienen los mismos números de masay atómico pero que tienen diferente estado energético.

isótopo: los distintos núcleos que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, pertenecen al mismoelemento químico, pero que tienen diferentes números de masa. Valor de la masa atómica cuando se tomacomo unidad la dozava parte de la masa atómica del núcleo del carbono-12.

(n, γ ) [reacción (n, γ )]: reacción nuclear consistente en la captura de un neutrón por un núcleo y laemisión de una cantidad de energía de unos 6 a 8 Mev. en forma de uno o varios fotones.

neutrón: nucleón cuya carga eléctrica es nula. Su masa en reposo es 1.00136 veces la del protón.Interviene en la constitución de los núcleos atómicos y es inestable fuera de ellos. Su símbolo es n.

núcleo atómico: parte del átomo que está formada por todos sus protones y neutrones.

nucleón: nombre que se da a los protones y neutrones por ser los constituyentes de los núcleos atómicos.

número atómico: en cuanto a lo que se refiere a un elemento químico dado, número de protonescontenidos en su núcleo. Coincide con la carga eléctrica positiva del núcleo y con el número de orden delelemento en la tabla periódica. Su símbolo es Z.

polonio: elemento químico de número atómico 84 y símbolo Po. No tiene ningún isótopo estable. Variosde sus isótopos pertenecen a las series radiactivas naturales. Su isótopo más importante es el polonio-210que es un emisor alfa y se obtiene normalmente bombardeando el bismuto con neutrones; se emplea comofuente alfa de referencia y como fuente de energía.

positrón: nombre del electrón con carga eléctrica + 1.

protón: nucleón cuya carga eléctrica es, en magnitud, igual a la del electrón, pero positiva. Interviene enla constitución de todos los números atómicos y constituye por sí solo el núcleo del hidrógeno. Su símboloes p.

radiación: energía o partículas materiales que se propagan a través del espacio. Forma de propagarse laenergía o las partículas.

radiación gamma: radiación electromagnética emitida durante una desexcitación nuclear; esextraordinariamente penetrante. Se representa por el símbolo γ .

radiactividad: propiedad que presentan algunos núcleos de desintegrarse espontáneamente.

radio: elemento químico de número atómico 88 y símbolo Ra. Todos sus isótopos son radiactivos. Variosde ellos se encuentran en la naturaleza en las series radiactivas naturales. El isótopo principal es el radio-226, que pertenece a la serie del uranio (véase la Fig. 22a), en cuyos minerales se encuentra. Tiene unavida media larga de 1 600 años y constituye prácticamente el 100% del radio existente en la naturaleza.

Desempeñó un papel importante en los comienzos de la física y la medicina nucleares.

radisótopo: isótopo radiactivo.

rayos X: radiación electromagnética producida en la desexcitación de los niveles electrónicos de losátomos.

reacción en cadena: reacción de fisión nuclear en la que se producen partículas idénticas a las que laprovocan y que son causa de nuevas fisiones.

reacción nuclear: reacción entre partículas en las que las fuerzas que intervienen son de naturaleza



nuclear.

reactor nuclear: instalación en la que puede iniciarse, mantenerse y controlarse una reacción nuclear encadena.

reactor de potencia: reactor nuclear destinado a producir energía eléctrica.

serie radiactiva: grupo de núcleos en el que cada uno se forma por desintegración del anterior. El primernúcleo de la serie recibe el nombre de padre o cabeza de la serie, el último, que es estable, el de producto

final de la serie. Cada serie suele designarse por el nombre del primer núcleo de vida media más larga.torio: elemento químico de número atómico 90 y símbolo Th. Pertenece a la serie de los actínidos. Todossus isótopos son radiactivos; varios de ellos existen en la naturaleza. Destaca el torio-232, que constituyeprácticamente el 100% del torio existente y es la cabeza de la serie radiactiva del torio.

transición isómerica: desexcitación de un estado nuclear mediante la emisión de la radiación gamma.

transmutación: cambio de la identidad de un núcleo al ser sometido a irradiación.

trazador: isótopo de un elemento que tiene alguna peculiaridad, tal como la masa o la radiactividad, por laque se puede determinar el paso del elemento a través de un proceso biológico, físico o químico.

tritio: isótopo radiactivo del hidrógeno cuyo número másico es 3. Se representa por el símbolo T. Sunúcleo contiene un protón y dos neutrones. Se emplea para marcar moléculas y como trazador.

unidad atómica de masa unificada: dozava parte de la masa de un átomo de 12C. La unidad de masaatómica, cuyo símbolo es u.

uranio: elemento químico de número atómico 92 y símbolo U. Pertenece a la serie de los actínidos. Todossus isótopos son radiactivos. Existe en la naturaleza como mezcla de tres isótopos: 238U, 235U y 234U. Losdos primeros tienen vidas medias muy largas y son las cabezas de las series radiactivas naturales deluranio y del actinio, respectivamente; el 234U pertenece a la serie del uranio. Es un material fisionable y el

combustible por excelencia de los reactores nucleares, gracias a su isótopo natural 235U. En algunosreactores se utiliza uranio que contiene este último isótopo en mayor proporción que la natural.

vida media; intervalo de tiempo necesario para que el número de átomos de un núcleo inestable sereduzca a la mitad por desintegración espontánea.



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COLOFÓN

Este libro se terminó de imprimir y encuadernar en el mes de diciembre de 1996 en Impresora yEncuadernadora progreso, S A. de C. V. (IEPSA), Calz. de San Lorenzo, 244,; 09830 México, D.F.

Se tiraron 2000 ejemplares

La Ciencia desde México es coordinada editorialmente por MARCO ANTONIO PULIDO YMARIA DEL CARMEN FARÍAS

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CONTRAPORTADA

Hacia 1896 los famosos investigadores, Pierre y Marie Curie iniciaron sus estudios sobre el uranio y eltorio que condujeron a dos resultados notables, 1) al descubrimiento de dos elementos, el polonio y elradio y 2) a encontrar que los elementos estudiados emitían, al desintegrarse, energía en forma deradiación. Marie Curie llamó a este fenómeno radiactividad. El conocimiento de este fenómeno —comoahora casi todo mundo sabe— permitió a los científicos adentrarse en una aventura que es, al mismotiempo, maravillosa y terrorífica según el ángulo desde el cual se observe. Los científicos, al tratar decomprenderla, llegaron al descubrimiento de un mundo nuevo en el campo de la física que cambióradicalmente la concepción que el hombre tenía del universo que lo rodea. A la vez, y este es el ladooscuro del asunto, utilizaron el nuevo conocimiento para fabricar bombas nucleares.

El estudio de la estructura atómica de la materia ha llevado a una serie impresionante de descubrimientos.Ya en 1919 Rutherford propuso el llamado modelo nuclear del átomo, avance considerable si se tiene encuenta que en el siglo XIX se consideraba al átomo como un objeto simple, compacto. Mas el avance hasido vertiginoso: los cientificos se lanzaron a alterar el núcleo de los átomos con la esperanza de encontrarelementos nuevos y, al fraccionarlo, se dieron cuenta de la enorme cantidad de energía que almacena.Asimismo, comenzaron a localizar —aparte de radiaciones de tipos diversos: rayos alfa, gamma y beta—

todo un zoológico de partículas cuya vida, en ocasiones, alcanza apenas fracciones de segundo.

Como se ve, el estudio de la radiactividad es de una amplitud considerable. "El propósito de este libro—dice la doctora Silvia Bulbulian— es el demostrar cómo una serie de experimentos efectuados a finalesdel siglo, pasado y que bien pudieron pasar desapercibidos, desencadenaron una serie de descubrimientosque llevaron al mundo, en menos de medio siglo, a la era científica más destacada de la historia."

Silvia Bulbulian estudió química en la Facultad de Química Berzelius y física en la UNAM, dondetambién alcanzó la maestría y el doctorado. Desde 1961 trabaja en la Comisión Nacional de EnergíaNuclear, denominada ahora Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares. Trabaja en el Centro Nuclearde México, en Salazar y, a partir de 1970, se le encargó formar un grupo de investigación muy selecto en

las áreas de química nuclear y radioquímica.

En la portada Nucleo del reactor nuclear TRIGA MARK III en operación, Centro Nuclear de Mexico.Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares.

fisica - la radioactividad

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